[发明专利]基于无线传感器网络的节点智能供电装置及方法

说明书

技术领域

本发明无线传感器网络的节点低能耗供电技术领域，具体涉及一种采用微处理器控制、利用可再生能源直供电技术和超级电容储能元件的节点智能供电装置及方法。

背景技术

由于无线传感器网络节点数量多、分布区域广且长期布设在无人值守的环境区域，其所处环境复杂，通过更换电池的方式来补充能源是不实际的，所以必须采用有效的节能策略，以延长网络的生存期。想要使传感器节点可以长寿命的工作，从环境中捕获能量是一种有效的途径。目前大多采用储能器件从环境中获取太阳能、振动能、风能或者温差能等能源，为无线传感器网络节点供能。

仅以太阳能为例说明，太阳能是目前最常见并且使用最成熟的一项可再生能源，而且它产生的能源充足，适用于布设在环境中的无线传感器网络节点，并且使用环境能源对人们日益增长的绿色能源意识提供了一条切实可行的方法。由于目前的电源供给对象大多是是低功耗的无线传感器网络节点，因此采用众多环境能源中的一种就足以供给传感器节点。

目前使用的太阳能供电装置多采用蓄电池作为充电电池，但蓄电池受其先天条件的制约，存在着循环寿命差、高低温性能差、充放电过程敏感、深度放电性能容量恢复困难以及环境污染等问题，传统蓄电池已经越来越无法满足人们对储能系统的要求。超级电容是近几年才批量生产的一种新型电力储能器件，也称为电化学电容。超级电容还具有循环寿命长、功率密度大、充放电速度快、高温性能好、容量配置灵活、环境友好免维护等优点，因此应用范围越来越广。

除此之外，目前许多成型的成熟太阳能供电装置并没有专门针对于无线传感器网络节点的设计。而且，传统的太阳能供电装置对于低功耗的无线传感器网络节点的应用存在以下三个缺点：(1)采用许多电容、运放以及电阻等模拟信号元器件，增加了电路本身的能耗以及运行成本；(2)采用蓄电池进行充电，存在充电寿命有限、高低温性能差以及环境污染严重等缺陷；(3)太阳能电池与充电控制电路相连，而在蓄电池充电蓄满之后停止运作，转而由蓄电池供电，由于此时太阳能电池处于停止运作状态，因此没有高效地利用太阳能，缺乏能量管理和控制步骤，使得供电效率低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何减少无线传感器网络中供电设备的能耗以及运行成本，简化供电装置的电路规模，提高能源利用效率，降低维修概率，提高安全性能，延长整个无线传感器网络的使用周期。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于无线传感器网络的节点智能供电装置，包括可再生能源电池、超级电容储能电路、与所述可再生能源电池和所述超级电容储能电路相连的充电控制电路以及与所述充电控制电路相连的微处理器以及供电电路，所述供电电路与所述可再生能源电池、所述超级电容储能电路以及所述微处理器相连；其中，

所述可再生能源电池，用于在所述充电控制电路的控制下对所述供电电路进行直接供电以及对所述超级电容储能电路进行充电；

所述充电控制电路，用于根据所述微处理器传来的指令采集并反馈给微处理器所述可再生能源电池的电压值以及所述超级电容储能电路的电压值，同时根据所述微处理器传来的供电指令控制所述可再生能源电池对所述超级电容储能电路和供电电路进行供电，以及根据所述微处理器传来的供电指令来控制所述超级电容储能电路对所述供电电路进行供电；

所述微处理器，用于对由所述充电控制电路反馈来的可再生能源电池电压值以及超级电容储能电路电压值进行处理，根据处理结果生成供电指令并输送至所述充电控制电路以及所述供电电路；

所述超级电容储能电路，用于在所述充电控制电路的控制下进行充电或对所述供电电路进行供电；

所述供电电路，用于根据所述供电指令接收所述可再生能源电池或所述超级电容储能电路的供电来对节点负载进行能源支持。

优选地，所述可再生能源电池为太阳能电池、振动能电池、风能电池、温差能电池或其余从自然环境中获取的可再生资源。

优选地，所述超级电容储能电路包括储能电路以及升压稳压电路；

所述储能电路由一个或若干个超级电容单体来串联/并联组成。

此外，本发明还提供一种基于无线传感器网络的节点智能供电方法，包括如下步骤：

步骤1：采集可再生能源电池的电压值以及超级电容储能电路的电压值；

步骤2：对所述可再生能源电池的电压值以及超级电容储能电路的电压值进行处理，根据处理结果生成供电指令来控制可再生能源电池对超级电容储能电路以及供电电路同时进行供电；或者，