[发明专利]一种无源无线氢气传感标签及系统

说明书

本发明公开一种无源无线氢气传感标签及系统，针对现有无线传感网络存在的不能持续收集、体积大、成本高、不便维护等问题，本发明采用无源无线的氢气传感标签来对环境氢气浓度进行采集，并为无源无线氢气传感标签设计了更加节省功耗的充放电管理电路，降低了标签功耗，并且针对所采用的惠斯顿电桥实现的氢气传感器提出了电桥平衡调整的两种方式，保证了环境氢气浓度数据采集的可靠性，通过采用本发明的无源无线氢气传感标签及系统，不仅降低了成本，同时其无源无线的采集方式保证了危险气体浓度测量工作的安全性。

技术领域

本发明属于物联网及通信领域，特别涉及射频识别及无线传感网络技术。

背景技术

近年来，随着物联网(Internet of things，IoT)技术的兴起，无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN)受到了广泛关注，射频识别技术(Radio FrequencyIdentification，RFID)以其成熟的技术条件，迅速成为无线传感网络的核心技术之一。

无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的节点可以探测周围环境中的特定信息，如地震、电磁、温度、湿度、压力、物体大小、移动方向和速度，以及气体浓度信息等。传统的传感网络都是采用电池供电，由于电池供电需要频繁更换电池和需要人力维护等，并且无线传感网络在正常工作的时候不会持续工作(控制设备在需要的时候读取传感节点信息，其他时间处于休眠或断电状态)，因此采用无源无线的工作方式将是无线传感网络节点的最佳解决方案。

目前，通过无源无线的方式测试温湿度以及压力等信息的传感器比较常见，然而还没有无源无线测试气体浓度的解决方案，市面上的设备都是手持式的，并且成本较高，由于空气中很多气体对人体或多或少存在危害，比如一氧化碳，甲烷等，还有虽然对人体无害，却是易燃易爆的气体，如氢气等，因此无源无线非视距的测试方案对于气体检测将是最优的解决方案。

综合上述分析，无线传感网络面临的主要问题如下：1)网络节点电池供电，不能满足无线能量收集可持续工作的需求；2)现有的气体测试仪器体积大，笨重，成本高，有源工作方式，不便于维护，安全性能有待提高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种无源无线氢气传感标签及系统，实现对环境中气体浓度的无线非视距的测试。

本发明采用方案为：一种无源无线氢气传感标签，包括：氢气传感器、充放电管理电路、天线、匹配网络、整流电路、射频前端、MCU、传感器、传感器调理电路以及调制电路；

氢气传感器采用惠斯通桥式实现，由四个氢敏可变电阻单元组成，其中两个为工作单元，另外两个为参比单元；工作单元底层为绝缘层，敏感薄膜层为钯电极；氢气会导致钯的电阻率变化，桥臂阻值随着氢气浓度增加而变大，但参比单元采用氮化硅封闭敏感层，仅对温度响应，用于消除温漂。

天线接收电磁波信号，并将其转换为交流电信号，所述交流电信号经匹配网络后由整流电路转化为直流信号，所述直流信号输入充放电管理电路的输入端；充放电管理电路输出的稳定电压源为射频前端、MCU、传感器以及传感器调理电路提供电压；

射频前端对天线接收到的命令进行解调，并将解调后的数据发送至MCU，传感器根据MCU发送的控制信号进行气体数据采集并将采集的气体数据发送至MCU，MCU将气体数据发送至调制电路，调制后的信号经天线发出。

本发明提供一种更加节能的充放电管理电路技术方案，包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管以及第二NMOS管；还包括LDO；

所述第一电阻第一端与第二电阻第一端相连，且第一电阻第一端作为充放电管理电路的第一端接输入电压，第一电阻第二端接第一二极管正极，第一二极管负极接第一电容第一端，第一电容第二端接地；第二电阻第二端接第二二极管正极，第二二极管负极接第二电容第一端，第二电容第二端接地；