本發(fā)明專利技術公開了一種實時信號強度監(jiān)測的無線充電的傳感器節(jié)點，該節(jié)點主要由PCB天線、能量轉換模塊、微處理器模塊、信號強度監(jiān)測模塊、傳感器模塊、無線射頻模塊組成；PCB天線與能量轉換模塊相連，能量轉換模塊通過穩(wěn)壓子模塊與微處理器模塊相連，微處理器模塊的信號強度監(jiān)測模塊實時監(jiān)測能量轉換模塊收集到的信號強度，微處理器模塊通過IO端口與信號強度監(jiān)測模塊、傳感器模塊相連，通過SPI接口與無線射頻模塊連接；該傳感器節(jié)點不僅可以進行無線充電，信息的采集通信，也能實時監(jiān)測信號強度，進行能量管理。本發(fā)明專利技術采用了集成芯片，便于產品封裝，此外能量的轉換率高，可用的功率大，傳感器的擴展性好。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種可以收集射頻能量進行無線充電并且采集傳感器節(jié)點數據的新型無線傳感器節(jié)點，尤其設計一種能夠實時監(jiān)測信號強度，能夠進行能量管理、提高能量轉換率的無線充電的傳感器節(jié)點。
技術介紹
隨著科技的發(fā)展和工業(yè)的需要，越來越多的無線傳感器網絡運用到生產生活中。但是由于節(jié)點數量龐大、節(jié)點的隨機散布、節(jié)點所在環(huán)境惡劣、節(jié)點本身嵌入在固體結構中，采用傳統(tǒng)的電池給節(jié)點供電會帶來電池更換難度大、成本高等問題，嚴重縮短了節(jié)點的生命周期。此外，由于節(jié)點能量有限，不能夠實時監(jiān)測能量進行能量管理，也會嚴重影響節(jié)電壽命。采用收集射頻能量并將其轉換為直流能量的方法，可擺脫電池對節(jié)點的束縛。同時采用實時監(jiān)測信號強度的方法，可以進行能量管理，提高能量轉換效率，保證節(jié)點工作的可靠性。
技術實現思路
為了克服現有傳感器節(jié)點需要電池供電，無線充電過程中捕捉的信號強度未知且能量轉換率低，輸出可用功率低的現狀，本專利技術提供了一種實時監(jiān)測信號強度的無線充電節(jié)點。該傳感器節(jié)點不僅可以進行無線充電并將采集的各種傳感器數據通過無線射頻芯片發(fā)送出去，同時可以實時監(jiān)測捕捉到的信號強度，進行能量管理，能量轉換效率達到50%，輸出可用功率達到15mw，大大提高了節(jié)點工作的可靠性,延長了節(jié)點的壽命。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案 一種實時信號強度監(jiān)測的無線充電的傳感器節(jié)點。該節(jié)點主要由PCB天線、能量轉換模塊、微處理器模塊、信號強度監(jiān)測模塊、傳感器模塊、無線射頻模塊組成；PCB天線與能量轉換模塊相連，能量轉換模塊通過穩(wěn)壓子模塊與微處理器模塊相連，微處理器模塊通過IO端口與信號強度監(jiān)測模塊相連，實時監(jiān)測信號強度，對能量轉換模塊進行能量管理，提高能量的轉換率和利用率，微處理器模塊通過IO端口與傳感器模塊相連，通過SPI接口與無線射頻模塊連接；該傳感器節(jié)點不僅可以進行無線充電，同時可以采集各種傳感器數據并且通過無線射頻模塊發(fā)送出去，還可以實時監(jiān)測捕捉到的信號強度，能量轉換效率達到50%，輸出可用功率達到15mw。本專利技術通過印制板天線接收、轉換中心頻率為915MHz的射頻能量，能量轉換模塊將接受到的射頻能量轉換成直流信號，存儲在大容量低漏電電流的存儲電容中，輸出的直流電壓經過低功耗的穩(wěn)壓芯片整流得到穩(wěn)定的直流電壓，給整個節(jié)點供電。能量轉換模塊和信號強度監(jiān)測模塊以及微控制器模塊相連接，可以通過實時監(jiān)測能量轉換模塊的模擬電壓值得到信號強度的數據，并進行能量管理，減小能耗。能量轉換模塊的能量轉換率高，得到的可用能量高。微控制器利用通用IO 口與傳感器模塊相連，同時微處理器的IO 口給傳感器模塊提供電源，并讀取傳感器節(jié)點ID，微控制器通過SPI接口與無線射頻模塊連接。本節(jié)點采用的微控制器芯片可以選擇MICROCHIP公司的PIC24F16KA102，但不限于此。其中第10、25引腳接供電電壓VDD，第6引腳連接傳感器的電源引腳，第7、8、9引腳控制能量轉換模塊，進行能量的管理，第3、27引腳通過運算放大器U4進行數據處理，實時監(jiān)測信號強度，第2、4、28引腳作為ADC模擬輸入通道連接光強傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器的模擬量輸出，第7、8、9引腳連接能量轉換模塊，第13、14、15引腳連接選擇器SI，讀取傳感器的ID，第16、18、19、21引腳是微控制器的SPI接口，連接無線射頻芯片U4，第17、22,23引腳連接無線射頻芯片U4。通信保持自主性。所述的無線射頻芯片可以采用MICROCHIP的MRF24J40MA，但不限于此。第10電壓引腳連接供電電壓VDD，第5、6、7、8引腳連接微控制器的SPI接口，第2、3、4引腳連接微控制器。傳感器模塊中采用了溫度傳感器，濕度傳感器，光強傳感器，并使用了接插件，可擴展其他的傳感器。本專利技術具有的有益效果是 I、能量轉換模塊將無線射頻信號轉換成直流能量，擺脫了傳統(tǒng)節(jié)點對電池的依賴，并易于通過外圍的電容電阻以及微控制器芯片對其輸出電壓進行調試。采用集成芯片便于產片封裝，微處理器模塊實時監(jiān)視能量轉換模塊收集到的信號強度，進行能量管理，大大提高了能量的轉換效率，保證節(jié)點的可靠工作。2、微處理器模塊可根據能量管理的結果選用合適的低功耗模式，有效降低整個節(jié)點對能量的消耗。3、信號強度監(jiān)測模塊實時監(jiān)測系統(tǒng)接收到的信號強度，進行能量管理，提高能量的轉換率和利用率，大大增強了可用功率，延長了節(jié)點的壽命。4、傳感器模塊靈活性高，采用了外部接插件，便于擴展。附圖說明圖I是本專利技術的整體結構框架； 圖2是本專利技術的程序流程 圖3是本專利技術的能量轉換模塊電路原理 圖4是本專利技術的微處理器模塊和無線射頻模塊電路原理 圖5是本專利技術的信號強度監(jiān)測模塊電路原理 圖6是本專利技術的傳感器模塊電路原理圖。具體實施例方式 下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖I所示，描述了該新型節(jié)點的整體結構組成它主要由PCB天線、能量轉換模塊、微處理器模塊、傳感器模塊、無線射頻模塊和信號強度監(jiān)測模塊組成。PCB天線和能量轉換模塊相連，能量轉換模塊為微處理器模塊和無線射頻模塊供電，微處理器模塊通過IO端口與傳感器模塊和信號強度監(jiān)測模塊相連，通過SPI接口與無線射頻模塊連接。PCB天線收集射頻能量并傳輸到能量轉換模塊中，能量轉換模塊將輸入的射頻信號轉換成直流存儲在大電容中，輸出的直流電壓經過穩(wěn)壓子模塊的整流，輸出穩(wěn)定的直流電壓，給整個節(jié)點供電。通過微處理器模塊和信號強度監(jiān)測模塊對能量轉換模塊接收到的信號強度的實時監(jiān)測，可以對能量進行管理，提高能量的轉換率和利用率，最大化可用能量并合理利用。微處理器模塊除了監(jiān)測信號強度以外，也控制傳感器模塊的數據采集，微處理器模塊將傳感器模塊采集到的溫度、光強、濕度參數以及信號強度監(jiān)測模塊采集到的信號強度參數等等進行處理，通過無線射頻模塊將這些數據發(fā)送給上位機并和上位機進行通信。微處理器模塊負責整個節(jié)點的控制工作。如圖2所示，描述了該系統(tǒng)的工作過程。當微控制器監(jiān)測到能量充足時，采集傳感器的數據，并進行通訊，完成后延時10s，再次監(jiān)測能量。如圖3所示，是能量轉換模塊的電路圖。能量轉換模塊主要由天線Antenna、能量轉換芯片Ul、穩(wěn)壓芯片似、可變電阻1 1、1 2、電阻R3-R5、電容C1-C7、接插件Jl組成。其中Ul可選擇P0WERCAST公司的P2110芯片，但不限于此，U2可以選擇ON Semiconductor公司的穩(wěn)壓器NCP698SQ30，不限于此。能量轉換芯片Ul的模擬地引腳(2腳、4腳、11腳)接地，能量轉換芯片Ul的射頻輸入引腳(3腳)與PCB天線相接，能量轉換芯片Ul的模擬輸入引腳(5腳，DSET)與接插件Jl的一端相連，接插件Jl的另一端與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端與能量轉換芯片Ul的直流電壓(12腳)輸出引腳相連，復位輸入引腳(7腳)也與電容C2的一端相連，電容C2的另一端接地；電壓存儲引腳(8腳)與電容C3的一端相接，電容C3的另一端接地；輸出電壓控制引腳(10腳)與可變電阻Rl和電阻R2的一端相連，可變電阻R2的另一端接地，可變電阻Rl的另一端與能量轉換芯片Ul的電壓輸出引腳(12腳，V0UT)、電容Cl、電阻R4的一端相接，電容Cl的另一端接地，電阻R4的另一端與電容C4的一端、穩(wěn)壓芯片U本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種實時信號強度監(jiān)測的無線充電的傳感器節(jié)點，其特征在于：該節(jié)點主要由PCB天線、能量轉換模塊、微處理器模塊、傳感器模塊、無線射頻模塊和信號強度監(jiān)測模塊等組成；其中，所述PCB天線和能量轉換模塊相連，能量轉換模塊為微處理器模塊和無線射頻模塊供電，微處理器模塊通過IO端口與傳感器模塊和信號強度監(jiān)測模塊相連，通過SPI接口與無線射頻模塊連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳積明，李紫薇，史治國，孫優(yōu)賢，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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