CN103269132B

CN103269132B - 传感器供电方法及供电装置

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Publication number: CN103269132B
Application number: CN201310196003.2A
Authority: CN
Inventors: 吕述春; 高巍; 丁丁; 苏亮
Original assignee: BEIJING SECO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING SECO INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2033-05-23
Also published as: CN103269132A

Abstract

本发明涉及传感器供电技术领域，具体为传感器供电方法及供电装置。传感器供电方法，包括：采集传感器工作环境中的无线射频信号；对采集的无线射频信号进行整流处理得到直流信号；对直流信号进行升压处理得到输出电压同时产生供电电流；控制供电电流充电存储电能；利用充电存储的电能对传感器供电。传感器供电装置，包括：射频天线、射频整流电路、升压电路、电源管理模块及储能元件。本发明的传感器供电方法及供电装置，克服了利用电线为传感器供电需要预先布局传感器位置、铺设供电线路，电池更换管理困难以及利用太阳能电池板对传感器供电，太阳能电池板受季节变化、天气状况的影响比较大，不能持续稳定的提供传感器工作所需的电压的技术问题。

Description

传感器供电方法及供电装置

技术领域

本发明涉及传感器供电技术领域，具体而言，涉及传感器供电方法及供电装置。

背景技术

相关技术中，通常采用三种方式对传感器供电：（1）通过电线供电；(2)利用电池供电；（3）通过太阳能电池板供电。

但，相关技术中对传感器供电的方式都存在一定弊端。

例如，采用电线对传感器供电，需要预先布局传感器位置、铺设供电线路等。此种供电方式一般适于新建的建筑中安装传感器。对于不适于重新布线的陈旧建筑中因为无法布局供电线路，导致无法安装传感器。而且采用电线对传感器供电，传感器的位置、供电线路确定安装后，若想增加新的传感器或者更改已安装传感器的布局则比较困难。因此考虑采用电池对传感器供电。

利用电池对传感器供电，虽然传感器的布局安装、传感器的增加减少变得简便，但若安装的传感器数量较多，对数量众多的电池进行更换管理是一个比较困难的问题。

若利用太阳能电池板对传感器进行供电，传感器的安装布局、传感器的增加减少变得简便，而且利用太阳能电池板对传感器供电不存在电量用尽需要更换管理的技术问题。但是太阳能电池板受季节变化、天气状况的影响比较大，太阳能电池板不能持续稳定的提供传感器工作所需的电压。

发明内容

本发明的目的在于提供传感器供电方法及供电装置，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种传感器供电方法，包括：采集传感器工作环境中的无线射频信号；

对采集的所述无线射频信号进行整流处理，得到直流信号；

对所述直流信号进行升压处理，得到输出电压同时产生供电电流；

控制所述供电电流充电存储电能；

利用充电存储的电能对传感器供电。

一种传感器供电装置，包括：射频天线、射频整流电路、升压电路、电源管理模块及储能元件；

所述射频天线，用于采集传感器工作环境中的无线射频信号；

所述射频整流电路，用于对采集的所述无线射频信号进行整流处理，得到直流信号；

所述升压电路，用于对所述直流信号进行升压处理，得到输出电压同时产生供电电流；

所述电源管理模块，用于控制所述供电电流对所述储能元件充电储存电能；

所述储能元件，用于利用充电存储的电能对传感器供电。

一般地，在传感器的安装环境中存在着具有电磁能量的无线射频信号，例如手机信号、无线WIFI信号等。本发明上述实施例的传感器供电方法及供电装置，采集传感器安装环境中的无线射频信号，利用采集到的无线射频信号中的电磁能量为传感器供电。但采集到的无线射频信号杂乱无章不适于直接为传感器所利用。

为使采集到的无线射频信号为传感器供电所用，对采集的无线射频信号进行整流得到直流信号。利用无线射频信号整流处理得到的直流信号比较微弱，因此进一步对得到的直流信号进行升压处理得到输出电压同时产生供电电流，利用供电电流进行电能存储，例如，供电电流是因为电荷的定向移动而产生，通过控制形成供电电流的电荷的定向移动可以实现电能存储，利用存储的电能对传感器进行供电。

本发明实施例的供电方法及供电装置，通过对采集到的传感器工作环境中的无线射频信号进行处理得到为传感器供电的电压，克服了相关技术中的利用电线为传感器供电需要预先布局传感器位置、铺设供电线路的技术问题，因为传感器工作环境中的无线射频信号一般情况下分布比较稳定，不存在用尽用完的现象，因此克服了相关技术中利用电池对传感器供电，电池更换管理比较困难的技术问题，同时克服了相关技术中利用太阳能电池板对传感器供电，太阳能电池板受季节变化、天气状况的影响比较大，不能持续稳定的提供传感器工作所需的电压的技术问题。

附图说明

图1示出了本发明实施例1传感器供电方法的流程图；

图2示出了本发明实施例2传感器供电方法的流程图；

图3示出了本发明实施例3传感器供电装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例4传感器供电装置的结构示意图；

图5示出了本发明实施例5传感器供电装置的电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

本发明实施例1提供一种传感器供电方法，如图1所示，主要处理步骤包括：

步骤S11：采集传感器工作环境中的无线射频信号；

步骤S12：对采集的所述无线射频信号进行整流处理，得到直流信号；

步骤S13：对所述直流信号进行升压处理，得到输出电压同时产生供电电流；

步骤S14：控制所述供电电流充电存储电能；

步骤S15：利用充电存储的电能对传感器供电。

一般地，在传感器的安装环境中存在着具有电磁能量的无线射频信号，例如手机信号、无线WIFI信号等。本实施例的传感器供电方法，采集传感器安装环境中的无线射频信号，利用采集到的无线射频信号中的电磁能量为传感器供电。但采集到的无线射频信号杂乱无章不适于直接为传感器所利用。

本实施例的供电方法，通过对采集到的传感器工作环境中的无线射频信号进行处理得到为传感器供电的电压，克服了相关技术中利用电线为传感器供电需要预先布局传感器位置、铺设供电线路的技术问题，因为传感器工作环境中的无线射频信号一般情况下分布比较稳定，不存在用尽用完的现象，因此克服了相关技术中利用电池对传感器供电，电池更换管理比较困难的技术问题，同时克服了相关技术中利用太阳能电池板对传感器供电，太阳能电池板受季节变化、天气状况的影响比较大，不能持续稳定的提供传感器工作所需的电压的技术问题。

实施例2

本实施例2在实施例1的基础上提供一种传感器供电方法的优选实施方案，如图2所示，主要处理步骤包括：

步骤S21：采集传感器工作环境中的频率范围为800MHz～2.4GHz无线射频信号；

步骤S22：对采集的所述无线射频信号进行整流处理，得到直流信号；

步骤S23：对所述直流信号进行升压处理，得到电压值为4.5～5伏的输出电压同时产生供电电流；

步骤S24：对所述供电电流进行交流滤波，得到驱动电流；

步骤S25：控制所述驱动电流充电存储电能；

步骤S26：利用充电存储的电能对传感器供电。

具体地步骤S26中利用存储的电能对传感器进行供电，包括：

检测充电存储的电能的电压值，存储的电能的电压值位于预设的安全电压范围时，利用充电存储的电能对传感器供电；

充电存储的电能的电压值低于所述安全电压范围的最小值时，切断对传感器供电；

充电存储的电能的电压值高于所述安全电压范围的最大值时，将充电存储的电能放电至充电存储的电能的电压值位于所述安全电压范围内。

其中，所述安全电压范围为为2.3伏～5伏。

本实施例中与实施例1相比增加了对升压处理后得到的供电电流的交流滤波处理，能够有效地滤除供电电流中的交流频率部分和电流波纹，而且能够提高驱动电流的带载能力。

实施例3

本发明实施例3提供一种传感器供电装置，如图3所示，主要包括：射频天线31、射频整流电路32、升压电路33、电源管理模块34及储能元件35；

射频天线31，用于采集传感器工作环境中的无线射频信号；

射频整流电路32，用于对采集的所述无线射频信号进行整流处理，得到直流信号；

升压电路33，用于对所述直流信号进行升压处理，得到输出电压同时产生供电电流；

电源管理模块34，用于控制供电电流对储能元件35充电储存电能；

储能元件35，用于利用充电存储的电能对传感器供电。

本实施例的传感器供电装置能够实现本发明实施例的传感器供电方法，能够克服现有技术中利用电线供电线路布局、线路更改不便的技术问题，同时克服了相关技术中利用电池供电，电池更换管理不便的技术问题，而且克服了相关技术中利用太阳能电池板供电，太阳能电池板不能持续稳定的提供传感器工作所需的电压的技术问题。

实施例4

本发明实施例4在实施例3的基础上提供一种传感器供电装置的优选实施方案，如图4所示，主要包括：

射频天线41，用于采集传感器工作环境中的频率范围为800MHz～2.4GHz无线射频信号；其中通过射频天线41采集的无线射频信号能够产生300-800pW/cm²的功率密度。

因为射频天线41采集的无线射频信号杂乱无章，因此需要对无线射频信号进行整流处理。

具体地，射频天线41采集的无线射频信号通过低损耗馈线传输给射频整流电路42。

射频整流电路42，用于对采集的所述无线射频信号进行整流处理，得到直流信号；

其中，通过低损耗馈线传输给射频整流电路42的无线射频信号为交流信号，而传感器工作需要直流信号，此处通过射频整流电路42将射频天线41采集的无线射频信号整流为直流信号。

进一步地，射频整流电路42输出的直流信号比较微弱，不足以供传感器工作使用。因此还需要通过升压电路43对射频整流电路42输出的直流信号进行升压处理。

升压电路43，用于对所述直流信号进行升压处理，得到电压值为4.5～5伏的输出电压同时产生供电电流；

通过升压电路43升压后输出电压升为4.5～5伏，同时升压电路43输出供电电流。

但输出的供电电流中仍旧含有交流成分及波纹，因此需要滤除供电电流中的交流成分及波纹，因此本实施例的传感器供电装置中设置有交流滤波电路44。

交流滤波电路44，用于对供电电流进行交流滤波，得到驱动电流。

通过交流滤波电路44的交流滤波后，不仅滤除了供电电流中的交流成分及波纹，而且得到的驱动电流的带载能力增强。

电源管理模块45，用于控制所述驱动电流对储能元件46充电储存电能；

储能元件46，用于利用充电存储的电能对传感器供电。

具体地，储能元件46为电容元件。通过电容元件能够聚集驱动电流中的电荷实现电能的存储。而且利用电容元件存储电能具有寿命长，可反复充电，对环境污染小等优点。

储能元件46包括一个电容为450～500微法拉的第一电容元件及一个电容为1～3.5法拉的第二电容元件；

所述第一电容元件及所述第二电容元件均通过所述电源管理模块与所述升压电路的输出端连接。

升压电路43中的升压芯片的型号为LTC3588-1。利用LTC3588-1芯片作为升压芯片，升压效率高，升压速度快，能够在极短时间内将微弱的直流信号升压为4.5伏到5伏之间。通过反复试验表明，利用LTC3588-1芯片作为升压电路的升压芯片能够使升压效率达到90%～96%。

实施例5

本实施例5给出了传感器供电装置的电路图，如图5所示，在该电路图中将射频天线、射频整流电路、升压电路及交流滤波电路集成为一个电源模块，即图5中所示的标注有RF_DC的模块。另外图5中，储能元件包括第一电容元件C1及第二电容元件C2；

其中在图5中选用的第一电容元件C1的电容为470微法拉，额定电压为6.3伏；第二电容元件C2的电容3法拉，额定电压为5.5伏。

另外，电源管理模块包括控制器及电源控制电路，图5中控制器未画出，将电源模块与电容元件之间的电路为电源控制电路。

电源控制电路中包括高低电平控制端即CCO端、电路切换控制器、电路切换开关Q1及其它平衡元件；

其中电路切换控制器采用型号为BC847B的场效应管或型号为SOT23的场效应管，电路切换开关Q1采用型号为BSS84的场效应管或型号为SOT23的场效应管；其它平衡元件包括BAT854CW二极管元件、BAT854W二极管及电阻元件。

图5中，VDD端为第一电容元件C1的电压输出端。

通过图5所示的传感器供电装置的电路图，具体说明如何利用电源管理模块控制电源模块输出的电流对储能元件充电储存电能。

1）当电源管理模块检测到第一电容元件C1输出的电压值即VDD电压值低于2.3V时，电源管理模块控制CCO端输出低电平，此时电路切换开关Q1关断，此时电源模块只对第一电容元件C1充电存储电能。由于第一电容元件C1的存储容量比较小，第一电容元件C1上的VDD电压值很快上升到2.3V，传感器开始工作。

2）当电源管理模块检测到第一电容元件C1输出的电压值即VDD电压值大于或等于3.3V时，电源管理模块控制CCO端输出高电平，此时电路切换开关Q1打开，电源模块开始对第二电容元件C2充电存储电能。由于第二电容元件C2的存储容量大，电压上升的速度缓慢。第二电容元件C2作为主要的储能元件，电能基本都储存在第二电容C2中。

3）电源管理模块检测到第一电容元件C1输出的电压值即VDD电压值大于或等于3.3V，但低于第二电容元件C2的电压时，第二电容元件C2开始对第一电容元件C1快速充电，以保证第一电容元件C1输出的电压值即VDD电压值一直高于传感器工作的最低电压2.3V。

4）电源管理模块检测到第一电容元件C1输出的电压值即VDD电压值大于5V时，电源管理模块控制第一电容元件进行放电，保证第一电容元件输出的电压值保持为5V，以保护第一电容元件C1和第二电容元件C2。

本发明实施例的传感器工作方法及供电装置，能够利用传感器工作环境中的无线射频信号为传感器提供驱动电源，其中常见的可以利用的无线射频信号可以为900MHz的手机信号、1.8GHz的手机信号及2.4GHz的无线WIFI信号等。

当传感器工作环境中具有比较强的无线射频信号时，利用本发明的传感器供电方法及供电装置能够利用无线射频信号得到平均电流值为10～15微安的直流电流为传感器供电。

其中本发明的传感器供电方法及供电装置主要为比较低功耗的传感器供电，例如无线人体传感器、无线照度传感器、无线振动传感器、无线门磁传感器、无线温湿度传感器、无线二氧化碳传感器、无线一氧化碳传感器等。

本发明实施例的传感器供电装置可以与需要供电的传感器集成设置，本发明实施例中的传感器供电装置能够利用采集的无线射频信号自行驱动，无需另外提供驱动电压。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种传感器供电方法，其特征在于，包括：

采集传感器工作环境中的无线射频信号；

对采集的所述无线射频信号进行整流处理，得到直流信号；

控制所述供电电流充电存储电能；

利用充电存储的电能对传感器供电；

其中，用于充电储能的储能元件包括一个电容为450～500微法拉的第一电容元件及一个电容为1～3.5法拉的第二电容元件；

用于控制所述供电电流充电储能的电源管理模块包括控制器及电源控制电路；

电源控制电路中包括高低电平控制CCO端、电路切换控制器、电路切换开关Q1及平衡元件；

当电源管理模块检测到第一电容元件输出的电压值低于2.3V时，电源管理模块控制CCO端输出低电平，电路切换开关Q1关断，第一电容元件C1充电存储电能，当第一电容元件上的电压值为2.3V时，传感器开始工作；

当电源管理模块检测到第一电容元件输出的电压值大于或等于3.3V时，电源管理模块控制CCO端输出高电平，电路切换开关Q1打开，第二电容元件充电存储电能；

电源管理模块检测到第一电容元件输出的电压值大于或等于3.3V，且低于第二电容元件的电压时，第二电容元件开始对第一电容元件快速充电；

电源管理模块检测到第一电容元件输出的电压值大于5V时，电源管理模块控制第一电容元件进行放电。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集的所述无线射频信号的频率范围为800MHz～2.4GHz。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出电压的电压值为4.5～5伏。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到输出电压同时产生供电电流之后，所述控制所述供电电流充电存储电能之前，还包括：

对所述供电电流进行交流滤波，得到驱动电流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用充电存储的电能对传感器供电，包括：

检测充电存储的电能的电压值，充电存储的电能的电压值位于预设的安全电压范围时，利用充电存储的电能对传感器供电；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述安全电压范围为2.3伏～5伏。

7.一种传感器供电装置，其特征在于，包括：射频天线、射频整流电路、升压电路、电源管理模块及储能元件；

所述储能元件，用于利用充电存储的电能对传感器供电；

其中，所述储能元件包括一个电容为450～500微法拉的第一电容元件及一个电容为1～3.5法拉的第二电容元件；

所述电源管理模块包括控制器及电源控制电路；

8.根据权利要求7所述的传感器供电装置，其特征在于，还包括：交流滤波电路；

所述交流滤波电路，用于得到输出电压同时产生供电电流之后，控制所述供电电流充电存储电能之前，对所述供电电流进行交流滤波，得到驱动电流。

9.根据权利要求7所述的传感器供电装置，其特征在于，所述升压电路中的升压芯片的型号为LTC3588-1。