[发明专利]基于振动能量采集器的无源无线传感器节点电源电路

说明书

本发明公开了一种能量采集器的无源无线传感器节点电源电路，包括能量采集器、转换储存电路、电源管理电路、传感器模块和信息发送模块；所述能量采集器包括复数个振动能量采集器，所述转换储存电路包括整流电路和储能单元，所述电源管理电路包括启动阈值检测电路、反馈电路、关断阈值检测电路和开关电路。本发明所述的电源原理电路是一种无电阻低功耗电路，在任意能量采集器输出功率条件下，自动检测储能单元上电压变化，储能单元上能量满足传感节点工作要求时，为节点提供稳定电源。

技术领域

本发明涉及一种基于振动能量采集器的无源无线传感器节点电源电路，属于传感技术领域。

背景技术

随着无线通信、传感技术、嵌入式应用和微电子技术的日趋成熟，无线传感网络可以在任何时间、任何地点、任何环境条件下获取人们所需信息，为物联网的发展奠定基础。这些组成无线传感网的传感器节点常在能源极度受限的情况下工作，例如国防边境、自然野外或无人区域等。若采用有线供电将极大地限制物联网节点的部署范围，削弱无线传感技术的意义；采用电池供电则将将导致相当高成本的电池更换和维护工作。因此，在保证可靠性的前提下为传感器节点提供稳定能量，实现自供电的传感器节点对解决无线传感网工作寿命受限、推动物联网发展具有重大意义。

近年来，随着微机械系统技术的发展及无线传感网节点对微小型新能源需求的增长，出现了不同形式的能量采集器，如振动能量采集器可以将环境中不同频率不同频带振动转换为电能并具有体积结构小、易集成、不需更换等优点，为解决上述问题提供了一种合理的方法。但是实际环境中，振动较为杂散，分布频带较宽，常常在10Hz量级的低频，不管振动能量采集器采用压电式、电磁感应式还是静电式的换能机制，对于大多数能量收集器而言，虽然振动产生相当高的输出电压，但其最大输出功率往往不高、输出电流较小，其输出电压是环境振动随机变化，对于可应用的小体积能量采集器而言上述问题更加突出。因此，能量采集器输出的能量是无法直接驱动后续电路。

发明专利申请201310508550X中，介绍了一种采用分级储能方式的微能量控制电路，可以实现由控制器按照输入电压等级不同将能量储存在不同的存储模块内，实现微能量的高效储存转化；实用新型专利201320277157. X中，提出了一种多能量采集的无线传感网络节点电源，可以在不同的环境条件下有稳定能量供应。但上述方案都无法实现储能单元电压的阈值控制且存在功耗过大缺陷，不宜适用于能量采集器供电的无源无线传感节点中。

现有技术仍存在以下问题：首先，由于振动能量采集器的输出功率小，在储能单元电压增长速率有限情况下，如何设计电源管理电路使微控制器芯片、传感器芯片、射频芯片电源端的压摆率达到上电复位启动的要求；其次，如何管理储能单元上的能量，为传感节点提供充足能量，使自供电传感节点可以稳定工作，高效率的实现信息发送；最后，在有限能量下，如何设计传感节点的工作模式，使节点可以实现高效率低功耗的数字信息发射。

有鉴于此，本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何设计一个高效率低功耗的电源电路，在能量采集器输出功率有限情况下，使得整个电源电路稳定工作。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于振动能量采集器的无源无线传感器节点电源电路，解决现有技术低效率、高功耗、信息传播距离短等问题。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于振动能量采集器的无源无线传感器节点电源电路，包括能量采集器、转换储存电路、电源管理电路、传感器模块和信息发送模块，

所述能量采集器与转换储存电路电连接，所述转换储存电路与电源管理电路电连接，所述电源管理电路分别与传感器模块和信息发送模块电连接，

所述能量采集器包括复数个振动能量采集器，所述转换储存电路包括整流电路和储能单元，所述电源管理电路包括启动阈值检测电路、反馈电路、关断阈值检测电路和开关电路。