物聯網節點電源管理優化系統技術方案

本發明專利技術公開了一種用于物聯網節點電源管理系統中的多電池電壓均衡輸出優化系統該系統包括電池放置模塊，程控矩陣開關模塊、后繼充電及穩壓模塊；電池放置模塊用于多個電池的放置串聯以達到物聯網節點的正常工作電壓；程控矩陣開關模塊用于控制與改變電池之間的連接方式，電池放置模塊中的每一節電池的正負端與程控矩陣開關系統相聯；程控矩陣開關模塊由超低功耗場效應管陣列所組成，其開關狀態構成不同的電池連接方式，程控矩陣開關系統的運行由單片機控制，同時輸出串聯電池組中的高電壓和某一節或幾節串聯電壓，并且周期性改變某一節或者幾節串聯電池所承受的電壓，達到均勻消耗每一節電池電量的目的；矩陣開關系統的電壓輸出端并行連接到后繼充電及穩壓模塊，該模塊由大電容或者短時充電電池組成，用以在程控矩陣開關系統切換時能保證后級傳感器設備有連續穩定的可靠電源供應。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及物聯網領域的電源供應，特別是涉及一種高效率多電池電壓輸出方法及系統
技術介紹
物聯網是由一組分布在設定位置的多個傳感器節點以無線自組織方式構成的無線網絡，用于傳感器節點協作地感知采集和處理該網絡覆蓋的地理區域中感知對象信息并及時向用戶發布感測結果的網絡。物聯網一個重要的特點就是能量的局限性，很多情況下無線傳感器網路中節點都是采用電池供電，能量有限，并且傳感器節點本身采用軟件或者硬件的方法減少自身和網絡的耗電量，使得采用電池供電的節點較長時間甚至幾年的工作壽命成為了可能。 無線傳感器節點本身大多采用3V甚至更低的電源電壓供電，為兩節干電池的串聯電壓。而許多傳統的傳感器，如煙霧傳感器、超聲波傳感器、紅外人體探頭等大多都超過3V電壓，雖然可以通過軟件控制這些外圍傳感器模塊工作周期從而達到使得外圍模塊功耗降低，但是卻很難用使得不同電壓供應的方法得到解決。傳統的方法有兩種一種是將多節干電池串聯得到較高電壓，然后通過線形穩壓的方式獲得物聯網芯片所需的3V甚至更低的電壓。這種方法的弊端是采用線形穩壓芯片降壓，大部分的能量在降壓中損耗，如9V的電壓降為3V，能量利用率僅僅為33%，給本來能量緊缺的節點帶來巨大的能量損耗；第二種方法是從3V的電壓通過非線性升壓的形式升到外圍傳感器所需電壓值，這種方式依托于升壓芯片，升壓芯片大多成本較高，并且絕大多數的升壓芯片靜態電流就已經超過整個節點的功耗，使得大量的能量流失。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的主要目的在于提供一種物聯網節點中高效率多電池電壓輸出方法及其應用系統，實現節點電池電能的高效率應用。為達到上述目的，本專利技術的技術方案是這樣實現的電池的放置系統由多節電壓相同的電池組成，兩種或多種輸出電壓皆是每節電池電壓的整數倍。每節電池的正負兩端同時引出到后級的程控矩陣開關系統，以改變各節電池之間的連接方式；程控矩陣開關系統在受到單片機的控制下切換電池的連接方式，輸出不同的電壓，并通過切換連接方式使得各個電池在使用時間上平均分配程控矩陣開關的輸出端連接到備用電容或者短時充電電池上，為后級設備提供短時供電電源。由于采用了以上的技術方案，本專利技術具有如下優點(I)本專利技術的實用范圍為電池供電的多電壓傳感器系統，能夠供給兩路或者兩路以上的電池串并聯電壓。(2)本專利技術基于低功耗物聯網，在提供外圍傳感器電壓和物聯網芯片電壓的同時能夠保證在微電流的情況下能量的利用率在80%以上。(3)本專利技術采用程控開關矩陣控制電池的連接方式，能夠輸出所有電池串聯的和電壓，也能夠輸出某一節或者某幾節電池串聯的電壓。(4)本專利技術的輸出一節或這幾節串聯電壓的模組在MCU的控制下可以以一定頻率切換所使用的電池，以保證所有電池均勻的消耗電量，而不會導致某一節或這幾節電池過早的用光。(5)本專利技術在以一定頻率切換所使用電池的情況下保留了地線的統一性，也就是供給外部傳感器使用的較高的電壓和供給物聯網芯片所使用的較低的電壓供用同一個地線。(6)本專利技術在以一定頻率切換所使用電池時對后級傳感器模塊和傳感器網絡芯片并沒有明顯影響，輸出端接入小型充電電池或大電容能夠使得電壓保持在后級正常工作的大小和紋波狀態之下。 附圖說明圖I為本專利技術系統組成結構的整體示意圖；圖2為本專利技術供電實例結構框圖；圖3為本專利技術程控矩陣開關工作流程示意圖。具體實施例方式如圖I所示，本專利技術包括三個主要部分電池放置系統、程控矩陣開關系統和后級穩壓系統。其中，電池放置系統將放入的所有電池的正負極引出，直接連接到程控矩陣開關系統的輸入端方便程控矩陣開關系統控制。程控矩陣開關系統，包括一個電池的輸入端，電壓輸出端和處理器(MCU/CPU)的控制輸入端，程控矩陣開關內部為場效應組成的開關陣列，在處理器控制輸入端的控制下實現對電池輸入端的通斷和多路選擇。其目的是可以通過控制輸入端改變電池之間的連接方式，并使得一組輸出電壓為所有電池串聯電壓，另外一組輸出電壓為某一數量電池串聯電壓，同時可以通過處理器的控制輸入端實現為某一數量電池串聯輸出電壓時所選擇的電池可以隨著時間改變。實現電池電量的均勻消耗。后級穩壓系統其組成部分為一個防止電流倒灌的二極管和穩定電壓的電容或者充電電池，其作用為為后極工作設備提供穩定的工作電壓，在程控矩陣開關系統切換的時候保持電壓不至于陡降，在程控矩陣開關系統切換之后電池對電容或者充電電池充電以保證下次切換時有一定的電能儲備。圖2為本專利技術的具體的實例，在此實例中傳感器需要6V直流電壓，而基于物聯網的處理器僅需要3V電壓，實例中有電池A和電池B，分別為3V。其正負端分別連接到由開關管組成的程控矩陣開關系統。程控矩陣開關系統的輸出為3V電壓和6V電壓，分別供給物聯網處理器和外部傳感器使用。而程控矩陣開關系統的控制輸入端以一定頻率改變輸入控制信號，使得6V的輸出總是由電池A和電池B的串聯電壓，而3V的輸出在電池A和電池B中交替選擇。從而達到3V負載均勻地消耗兩節電池電量的目的。程控矩陣開關系統的輸出串聯防止電流反灌的二極管和穩壓電容。能夠保證在程控矩陣開關系統切換的時候電源電壓抖動不影響后繼傳感器和數字系統的正常工作。圖3為本系統的具體工作流程圖。其工作流程順序如下步驟301，系統上電之后程控矩陣開關系統默認處于一種正常工作狀態，輸出所有電池電壓串聯的總電壓和其中某一節電池工作電壓或者其中某幾節電池串聯電壓，以提供最初始的系統工作電壓。并且向后級穩壓系統充電，以供切換下一狀態之需。步驟302，等待定時器狀態階段，在這個階段中，物聯網的處理器正常的處理網絡建立以及傳輸的所有過程，傳感器也處于正常工作狀態。如果沒有定時器中斷，在步驟302等待，如果定時器中斷到，進入步驟303。步驟303，物聯網的處理器定時中斷之后，計算并得到下一個狀態應該的程控矩陣開關系統輸入信號。并將這個狀態信號輸出。轉入步驟304。步驟304，程控矩陣開關系統接收輸入狀態，并改變內部的開關狀態結構，更改電 池連接方式，更改供給低電壓的電池，保證在時間上每一個電池平均供電。并轉到步驟302，等待定時器狀態階段。本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.ー種物聯網中高效率多電池電壓輸出方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 A、電池的放置系統由多節電壓相同的電池組成，兩種或多種輸出電壓皆是每節電池電壓的整數倍。B、每節電池的正負兩端同時引出到后級的程控矩陣開關系統，以改變各節電池之間的連接方式； C、程控矩陣開關系統在受到單片機的控制下切換電池的連接方式，輸出不同的電壓，并通過切換連接方式使得各個電池在使用時間上平均分配 D、程控矩陣開關的輸出端連接到備用電容或者短時充電電池上，為后級設備提供短時供電電源。2.根據權利要求I所述的物聯網中高效率多電池電壓輸出方法，其特征在于，所述最后輸出的兩種或多種輸出電壓直接為電池串并聯電池電壓。3.根據權利要求I所述的物聯網中高效率多電池電壓輸出方法，其特征在于，所述程控矩陣開關系統包括輸入、輸出和控制接ロ，其輸入為每ー節電池正負極的輸出，其輸出為最終的串并聯電壓的輸出而控制接ロ為控制其內部程控矩陣開關系統改變連接方式的單片機或其他控制處理器信號輸入端ロ ；所述步驟A進ー步包括 Al、默認上電狀態下程控輸入矩陣開關系統處于原始Al狀態，輸出所有電池串聯的最終電壓和其中一節或者指定節數的串聯電壓，以供后繼數字系統進入工作狀態供電。在后繼數字系統感知電壓并進入工作狀態之后進入步驟A2 ； A2、程控輸入矩陣開關系統...

【專利技術屬性】
技術研發人員：易衛東，
申請(專利權)人：昆明泛在物聯網工程技術有限公司，
類型：發明
國別省市：