[发明专利]一种基于携能通信技术的环境感知系统

说明书

本发明公开了一种基于携能通信技术的环境感知系统，该系统包括环境感知模块、通信模块及能量收集模块，能量收集模块包括依次连接的天线单元、匹配电路、整流电路、滤波单元、能量管理电路，以及与能量管理电路连接的能量储存单元，能量管理电路向通信模块供电。本发明利用能量收集模块从环境中获取射频能量，并转化为对通信模块供电的直流电压，从而解决了传统的环境监测系统维护难、布网难的问题，进而可以有效实现远距离能量传输，设备也相对简化，且更加安全、方便，具有十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于物联网通信技术领域，具体涉及一种基于携能通信技术的环境感知系统。

背景技术

携能通信技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)改变了无线通信网络的能量收集方式，它允许终端从周围环境获取能量。常见的无线能量传输方式有电磁感应技术、磁耦合谐振技术以及电磁辐射技术。其中，电磁辐射技术从周围的电磁源中收集能量是一种高效的解决方案。

常用的携能通信技术可以按照能量和数据的并行传输方式分为时分传输、频分传输以及功分传输三大类。时分传输将连续的时间分成无数个时隙，在相邻时隙中分别传输能量和数据；频分传输则是在同一时间点在不同频点上分别传输能量和数据；功分传输是通过微波功率分配器件将大功率调制信号分为两部分，一部分用于数据解调，另一部分用于能量收集。由于时分传输会降低能量收集效率及数据波特率，功分传输会增加干扰进而影响传输误码率，频分传输的方式是一种较为折中高效的携能通信方式。

传统的环境监测系统常采用有线供电或内置电池的传感器模块配合MCU实现环境数据采集。有线供电的方案存在布线难以及难以大面积放置大量节点的缺陷；而内置电池的方案存在更换电池难度大、成本高、寿命短、难维护以及废弃电池存在环境污染风险的弊端。

发明内容

针对现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种基于携能通信技术的环境感知系统，采用射频整流技术为环境监测网络中的传感器节点供电，可以实现远距离能量传输，设备也相对简化，且更加安全、方便，具有十分广阔的应用前景。

本发明的技术方案是：

一种基于携能通信技术的环境感知系统，包括：

环境感知模块，用于利用多种传感器采集环境参数数据；

通信模块，用于与所述环境感知模块进行数据通信，接收所述环境感知模块采集的环境参数数据，将环境参数数据打包后发送给基站；

及能量收集模块，用于将射频能量通过倍压整流技术转化为直流电压，并通过能量管理输出对通信模块供电的直流电压。

进一步地，所述能量收集模块包括依次连接的天线单元、匹配电路、整流电路、滤波单元、能量管理电路，以及与所述能量管理电路连接的能量储存单元，所述能量管理电路还与所述通信模块连接。

进一步地，所述整流电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极接地，其负极分别与所述第二二极管的正极及第一电容连接，所述第一电容的另一端连接输入电压端，所述第二二极管的负极与第二电容连接，并连接输出电压端，所述第二电容的另一端接地。

进一步地，所述能量管理电路用于对直流电压进行升压处理，并对所述能量储存单元进行充电，当所述能量储存单元中存储电量达到设定阈值后对直流电压进行稳压处理，并输出至所述通信模块，其包括升压充电单元和毫微功率降压转换单元。

进一步地，所述能量管理电路采用最大功率点跟踪采样网络，通过设置电压采样点的电平控制最大功率跟踪点的采样和保持开路电压。

进一步地，所述通信模块采用ESB底层通信协议，其通信流程具体包括：

主发射器启动流程，将有效负载写入发送FIFO队列，发送数据包至主接收器；