[发明专利]环境射频能量收集管理与无线环境参数采集装置及方法

说明书

本发明提供环境射频能量收集管理与无线环境参数采集装置及方法，涉及微波电子技术领域。本发明通过环境射频能量收集环节收集环境中的射频信号，将射频信号转换成微弱的电压信号并进行阻抗匹配、整流与4倍升压，将升压后的电压经能量管理部分为无线传感器系统模块提供能量；然后由无线传感器系统模块中的微处理器将外部传感器采集到的环境参数数据通过无线通信模块传输至终端。本发明提供的是一种不需要有线供电或者电池供电，只需要从环境中吸收2.4G的射频信号就可以为采集系统供电，节省时间和操作环节，使用方便。

技术领域

本发明属于微波电子技术领域，尤其涉及环境射频能量收集管理与无线环境参数采集装置及方法。

背景技术

近年来，经济的迅速发展导致传统能源日益枯竭、环境问题愈加突出，新能源技术的发展迫在眉睫，很多新的能量获取方式获得越来越多的重视。现代生活中，随着无线互联网的广泛应用，无线网络终端设备被大量使用，得到环境中的电磁波能量遍及生活的每一个角落。将这种环境射频能量进行收集并应用，是一个很好的新能量获取方式。同时，现代电子技术以及低功耗电子器件的快速发展使得低功耗电子器件和无线器通信器件的功耗越来越低，因此独立的使用环境射频能量自主供电并进行数据采集成为可能。当前的环境参数检测方法都需要电源，要么使用有线方式提供电源，要么使用电池供电。前者需要拉导线，使用条件限制较多；后者需要及时查看电源情况，定时更换电池，使用比较繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供环境射频能量收集管理与无线环境参数采集装置及方法，不需要有线供电或者电池供电，节省时间和操作环节，使用方便。

为解决上述技术问题，本发明是采取以下技术方案来实现的：

一方面，本发明提供环境射频能量收集管理与无线环境参数采集装置，包括环境射频能量收集模块、能量管理模块、环境参数数据采集与无线传输模块；

所述环境射频能量收集模块，包括接收天线模块、匹配电路模块、倍压整流电路模块；所述接收天线模块由四组微带天线单元组成的一个高增益的2x2微带天线阵列和两个四分之一波长阻抗变换器构成了天线部分，负责收集射频能量；所述匹配电路模块，用于调节整体阻抗；所述倍压整流电路模块使用两组极性相反的Greinacher电路组合而成，用于将输入电压放大四倍；

所述能量管理模块，包括一级储能、升压模块、二级储能；所述一级储能用于存储能量，能量充满标志是电容电压值上升到与倍压整流电路相同的电压；所述升压模块用于监测一级储能是否储满，储满打开能量传输通道，对一级储能输出的电压进行升压，低于一定阈值之后，会向微处理器发出信号令其进入低功耗模式从而减小负载电流，防止进入欠压状态；所述二级储能用于为无线传感器系统提供稳定的额定工作电压，以确保系统稳定工作；

所述环境参数数据采集与无线传输模块，包括无线传感器系统模块、无线传输模块；所述无线传感器系统模块由微处理器、传感器接口、能量控制电路三部分组成；微处理器是无线传感器系统模块的核心单元，用于传感器数据采集、处理与无线传输控制；传感器接口为传感器的物理接口，用于连接传感器；能量控制电路实现系统的供电管理与控制；所述无线传输模块用于传感器采集的数据无线传输；

接受天线模块通过SMA接口与倍压整理模块相连；倍压整理电路模块通过2路导线与一级储能相连；一级储能通过开关与升压模块相连；升压模块通过导线与二级储能相连；二级储能通过导线与微处理器相连；微处理器通过SPI与无线传输模块相连，通过单线数字接口与温湿度传感器相连，通过AD接口与照度传感器相连。

另一方面，本发明还提供采用所述的环境射频能量收集管理与无线环境参数采集装置实现环境射频能量收集管理与无线环境参数采集方法，包括以下步骤：