[实用新型]一种无线测温网络中电源管理系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及锂电池应用领域，具体的说，涉及的是一种无线测温网络中电源管理系统。

背景技术

“更小、更便宜、更有效率”反映了现代无线传感器网络设备的要求，然而从目前研究成果来看，无线传感器网络面临多项技术挑战，受节点能量有限并且其电池不易更换的限制，节能已成为无线传感器网络的核心问题之一。由于节点的电源一般采用一次性电池供电，电池所储备电能用完后该节点就失效。为了延长节点寿命，业界不断从硬件层面来考虑节能方法，提出了一些有效的方案：

1)级联降压和升压转换器解决方案

级联降压和升压转换器由两个独立的离散转换器组成：一个降压转换器和一个升压转换器。然而，从效率的观点来看，这种解决方案的效率并不是最高的，因为它采用了两级转换。电源转换效率是降压转换器和升压转换器效率之积，降压转换器和升压转换器的效率均为90％，这样转换器的总效率就等于90％×90％＝81％。同时两个分立的转换器增加了这种架构的元件数量和尺寸，因此这种方案无法用于小体积的便携式产品。此外，两个分离的转换器增加了成本。

2)只有降压转换器的解决方案

在只有降压转换器的转换方式下，当降压转换器的输入电压降低到接近其输出电压时，很多降压转换器进入到100％的负载周期模式。在该种模式下，转换器停止开关直接将输入电压递送到输出。输出电压等于输入电压减去在转换器上的压降。这个压降就是功率金属场效应晶体管(MOSFET)的接通阻抗、输出电感的直流阻抗以及负载电流的函数。然而即使电池的电量还有额定容量的5％～15％，系统可能关断。在器件阻抗、负载电流、电池寿命以及环境温度的因素下，会产生很多的未使用容量。

3)低压差稳压器解决方案

另外一种解决方案是低压差稳压器(LDO)解决方案。然而因为只有当输入电压大于输出电压加LDO压差时LDO才保持调压功能，所以与单降压的解决方案一样，这种解决方案可能会留下很多未用能量在电池里。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服以上缺陷，针对基于ZigBee技术的无线测温网络中各模块工作时所需电流的不同特点，提供一种降压-升压拓扑结构的电源管理系统，能够完整地利用电池的容量，稳定的为无线测温网络节点提供工作电源，有效的延长其使用寿命。

本实用新型在对电源管理模块的选取时考虑到系统中不同电路模块工作电流的不同特性，选择不同的降压-升压转换器。其中CPU电路模块的工作电流耗电量较少，电路中所需的电流为超低静态电流。而在ZigBee电路模块中，各节点在大部分时间内处于空闲状态，为节约能量可以将节点的一些部件关闭，在合适的时机将其唤醒，其需要连续输出电流来完成工作，所以根据两个模块电路电流工作的不同特性选择不同的降压-升压转换器完成设计。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种无线测温网络中电源管理系统，包括锂离子电池模块、CPU电源管理模块、ZigBee电源管理模块、CPU主控制模块和ZigBee工作模块，所述锂离子电池模块与所述CPU电源管理模块和所述ZigBee电源管理模块分别相连接，所述CPU电源管理模块与CPU主控制模块相连接，所述ZigBee电源管理模块与ZigBee工作模块相连接。

所述锂离子电池模块采用3.7V 10AH的锂电池，所述的CPU电源管理模块采用芯片U2，其型号为LTC3531，所述的ZigBee电源管理模块采用芯片U4，其型号为LTC3440；所述的CPU主控制模块主要采用芯片U1，其型号为STC12LE5A32S2；所述ZigBee工作模块采用的是顺舟网络科技公司的SZ05-PRO_1加强1型嵌入式无线通信模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本系统采用的锂离子电池为系统提供稳定的电源，在降压-升压转换器U2和U4及其外围电路的分别作用下，将3.7V电压转换至系统不同模块工作时所需的3.3V电压。

2、本系统在保证了无线测温网络的稳定运行，非常高效率的使用了整个电池的容量，极大的延长了锂电池的使用时间，为无线测温网络节能技术提供了很好的发展空间。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型CPU电源管理模块电路结构图；

图3为本实用新型ZigBee电源管理模块电路结构图；

图4为本实用新型CPU主控制模块主芯片结构图；

图5为本实用新型ZigBee工作模块主结构图。

具体实施方式