CN108512460A - 一种环境振动能量回收*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种环境振动能量回收***,包括:依次相连的能量转换电路、储能电路和驱动电路,分别与振动传感器、储能电路和能量转换电路相连的控制电路,能量转换电路与驱动电路相连;振动传感器,用于采集振动强度,生成强度信号;控制电路,用于利用强度信号,控制能量转换电路的开关;本申请增加振动传感器和控制芯片,由控制芯片通过判断强度信号是否满足预设的能量采集峰值,如果满足,则控制芯片再开启能量转换电路将电能输送至储能电路和/或驱动电路,增加了能量转换电路的启动门槛,滤除了不满足启动条件的振动强度,降低了能量转换电路的启动次数,减少了能量转换电路对储能电路储能的次数,增加了能量转换电路和储能电路的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及能量回收领域,特别涉及一种环境振动能量回收***。
背景技术
目前,各国已有实验室投入精力来实现对于噪声的回收利用,通过研究使利用率超过某一下限,具有实用价值,在与实践的相结合中,得到能量,从而应用于某些小资源需求的特定环境,现有技术中,已存在利用人耳吸收声波的原理,制造出了仿照人耳吸收声音的鼓膜的噪声发电机。
目前在振动回收的技术上,一个明显的产品技术缺点为进行能量回收上进行采集的无节制,这样造成能量转换单元的无休止工作,大大增加能量转换单元的工作负担,这样对能量转换单元及电池寿命都是极大的耗损。
因此,如何延长能量转换单元及电池寿命,是当前需要结局的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种环境振动能量回收***,延长能量转换单元及电池寿命。其具体方案如下:
一种环境振动能量回收***,包括:依次相连的能量转换电路、储能电路和驱动电路,分别与所述振动传感器、储能电路和能量转换电路相连的控制电路,所述能量转换电路与所述驱动电路相连;
所述振动传感器,用于采集外界环境的振动强度,生成强度信号并发送至所述控制电路;
所述控制电路,用于利用所述强度信号,判断所述强度信号是否大于等于预设的能量采集峰值,如果是,则启动所述能量转换电路将振动能量转换为电能,如果否,则禁止所述能量转换电路将振动能量转换为电能。
可选的,所述振动传感器,包括相连的振动采集单元和AD放大电路,所述AD放大电路与所述控制电路相连;
所述振动采集单元,用于收集所述振动强度,生成原始强度信号;
所述AD放大电路,用于放大所述原始强度信号,得到所述强度信号,并将所述强度信号发送至所述控制电路。
可选的,所述驱动电路包括相连的数模转换电路和DA放大电路,所述数模转换电路分别与所述储能电路和所述能量转换电路相连;
所述DA放大电路,用于放大原始驱动信号,得到放大后的驱动信号。
可选的,所述AD放大电路和所述DA放大电路均为二阶低通滤波器。
可选的,所述控制电路,还用于判断所述强度信号与所述驱动信号的放大倍数的大小;如果所述强度信号放大倍数大于所述驱动信号,则控制所述能量转换电路对所述储能电路充电,并对所述驱动电路直接供电;如果所述强度信号放大倍数等于所述驱动信号,则控制所述能量转换电路对所述驱动电路直接供电;如果所述强度信号放大倍数小于所述驱动信号,则控制所述能量转换电路对所述储能电路充电,所述储能电路对所述驱动电路供电。
可选的,所述控制电路,还用于如果所述强度信号放大倍数小于所述驱动信号,判断所述储能电路中电池的电量是否达到阈值,如果是,则控制所述储能电路和所述能量转换电路共同对所述驱动电路供电。
可选的,还包括与所述控制电路相连的SWD接口电路。
可选的,还包括与所述控制电路相连的薄膜按键电路。
可选的,所述储能电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、充电控制芯片、电感和电池;所述第四电阻的一端接地,所述第四电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连,所述第三电阻的另一端、所述第三二极管的负极、所述第二电阻的一端、所述第一二极管的正极和5V电源相连,所述第三二极管的正极接地,所述第二电阻的另一端、所述第四电容的一端和所述充电控制芯片的第5管脚相连,所述第四电容的另一端接地,所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容并联,所述第一二极管的负极、所述第一电容至所述第三电容的第一公共端、所述充电控制芯片的第1管脚和所述第二二极管的负极相连,所述第一电容至所述第三电容的所述第二公共端接地,所述第二二极管的正极、所述电感的一端和所述充电控制芯片的第8管脚相连,所述第五电容、所述第六电容和所述第七电容相互并联,所述电感的另一端、所述第一电阻、所述第五电容至所述第七电容的第一公共端、所述电池的正极和所述充电控制芯片的第6管脚相连,所述第一电阻的另一端与所述第六电阻的一端相连,所述第六电阻的另一端接地,所述第五电容至所述第七电容的第二公共端接地,所述电池的负极、所述第五电阻的一端和所述充电控制芯片的第7管脚接地,所述第五电阻的另一端与所述充电控制芯片的第3管脚相连。
本发明中,环境振动能量回收***,包括:依次相连的能量转换电路、储能电路和驱动电路,分别与振动传感器、储能电路和能量转换电路相连的控制电路,能量转换电路与驱动电路相连;振动传感器,用于采集外界环境的振动强度,生成强度信号并发送至控制电路;控制电路,用于利用强度信号,判断强度信号是否大于等于预设的能量采集峰值,如果是,则启动能量转换电路将振动能量转换为电能,如果否,则禁止能量转换电路将振动能量转换为电能;本发明增加振动传感器和控制芯片,由控制芯片通过判断振动传感器生成的强度信号是否满足预设的能量采集峰值,如果满足,则控制芯片再开启能量转换电路将电能输送至储能电路和/或驱动电路,增加了能量转换电路的启动门槛,滤除了不满足启动条件的振动强度,从而降低了能量转换电路的启动次数,也同时减少了能量转换电路对储能电路储能的次数,因此,增加了能量转换电路和储能电路中电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种环境振动能量回收***结构示意图;
图2为本发明实施例公开的另一种环境振动能量回收***结构示意图;
图3为本发明实施例公开的一种放大电路示意图;
图4为本发明实施例公开的一种储能电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种环境振动能量回收***,参见图1所示,包括:依次相连的能量转换电路1、储能电路2和驱动电路3,分别与振动传感器4、储能电路2和能量转换电路1相连的控制电路,能量转换电路1与驱动电路3相连,驱动电路3与外部带驱动电路3连接。
振动传感器4,用于采集外界环境的振动强度,生成强度信号并发送至控制电路;
控制电路,用于利用振动传感器4强度信号,判断强度信号是否大于等于预设的能量采集峰值,如果是,则启动能量转换电路1将振动能量转换为电能,如果否,则禁止能量转换电路1将振动能量转换为电能。
其中,能量转换电路1用于将外界环境产生的振动能量转换为电能,储能电路2用于存储能量转换电路1产生的电能,驱动电路3可以接收能量转换电路1和/或储能电路2产生的电能,进而驱动外部电路,例如,驱动外部照明电路。
具体的,振动传感器4可以直接检测外界环境中振动的大小和能量的大小即振动强度,同时并生成能被控制电路解读的强度信号,而无需将外界振动能量转换为电能进行测量,因此,控制电路可以根据振动传感器4生成的强度信号,并根据预先设定的能量采集峰值判断当前外界振动幅度大小是否满足能量转换条件,仅在强度信号大于等于能量采集峰值时,控制电路才会启动能量转换单元将振动能量转换为电能,当强度信号小于能量采集峰值时,控制电路则会关闭能量转换单元,从而降低了能量转换单元启动频率,同时也减少了能量转换单元向储能电路2中电池的充电次数,降低了电池的负担。
可见,本发明实施例中,增加振动传感器4和控制芯片5,由控制芯片5通过判断振动传感器4生成的强度信号是否满足预设的能量采集峰值,如果满足,则控制芯片5再开启能量转换电路1将电能输送至储能电路2和/或驱动电路3,增加了能量转换电路1的启动门槛,滤除了不满足启动条件的振动强度,从而降低了能量转换电路1的启动次数,也同时减少了能量转换电路1对储能电路2储能的次数,因此,增加了能量转换电路1和储能电路2中电池的使用寿命。
本发明实施例公开了一种具体的环境振动能量回收***,相对于上一实施例,本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图2所示,具体的:
在实际应用中,振动传感器4输出的强度信号存在噪声,同时信号强度较低,因此,控制电路对于强度信号的识别有时精准度不够,从而造成误启动或未启动能量转换电路1的情况,因此,上述振动传感器4,可以具体包括相连的振动采集单元42和AD放大电路41,AD放大电路41与控制电路相连;
振动采集单元42,用于收集振动强度,生成原始强度信号;
AD放大电路41,用于放大原始强度信号,得到强度信号,并将强度信号发送至控制电路。
具体的,振动采集单元42在收集到外界环境振动后,根据外界环境的振动强度生成相应的原始强度信号,原始强度信号经由AD放大电路41进行放大,得到强度信号,放大后的强度信号再反馈至控制电路,面对放大后的强度信号控制电路能够更为精准的判断强度信号是否大于预设的能量采集阈值,确保精准度。
同理,为提供更为精准和清晰地驱动信号,上述驱动电路3包括相连的数模转换电路32和DA放大电路31,数模转换电路32分别与储能电路2和能量转换电路1相连;
DA放大电路31,用于放大原始驱动信号,得到放大后的驱动信号。
进一步的,由于外界环境的振动强度会变化,所以难以保证能量转换电路1转换的电能总能满足待驱动设备所需的电能,因此,控制电路需要对比能量转换电路1转换的电能与待驱动设备所需的电能,在满足预设的供电条件下选择相应的供电方式对驱动电路3和/或储能电路2供电,例如,根据强度信号、驱动信号和/或电池电量等条件,控制能量转换电路1对驱动电路3和/或储能电路2供电。
具体的,上述控制电路,可以为单片机,芯片可以采用STM32F103芯片,还用于判断强度信号与驱动信号的放大倍数的大小;如果强度信号放大倍数大于驱动信号,则控制能量转换电路1对储能电路2充电,并对驱动电路3直接供电;如果强度信号放大倍数等于驱动信号,则控制能量转换电路1对驱动电路3直接供电;如果强度信号放大倍数小于驱动信号,则控制能量转换电路1对储能电路2充电,储能电路2对驱动电路3供电。
进一步的,控制电路,还用于如果强度信号放大倍数小于驱动信号,判断储能电路2中电池的电量是否达到阈值,如果是,则控制储能电路2和能量转换电路1共同对驱动电路3供电。
可以理解是,可以根据强度信号与驱动信号的放大倍数的大小来判别能量转换电路1生成的电能与待驱动设备所需的电能差值,放大倍数越大的一方表示生成的电能或所需的电能更大。
具体的,当能量转换电路1生成的电能大于待驱动设备所需的电能,即强度信号放大倍数大于驱动信号,则控制电路可以控制能量转换电路1对驱动电路3和储能电路2同时供电,储能电路2不对驱动电路3供电,当然也可以同时监控储能电路2中电池的电量,当电池电量为满,则控制电路控制能量转换电路1仅对驱动电路3供电,而不对储能电路2供电;当能量转换电路1生成的电能等于待驱动设备所需的电能,即强度信号放大倍数等于驱动信号,则控制电路控制能量转换电路1对驱动电路3供电;当能量转换电路1生成的电能小于待驱动设备所需的电能,即强度信号放大倍数小于驱动信号,能量转换电路1转换的电能无法满足待驱动设备所需的电能,因此,控制电路需要令储能电路2中的电池对驱动电路3供电,而能量转换电路1转换的电能则可以对储能电路2中的电池同步进行储能。
本发明实施例中,DA放电电路和AD放大电路41可以均为二阶低通滤波器,每个二阶低通滤波器包括4个电阻(R1、R2、R3和R4)、2个电容(C1和C2)和一个放大器U1,具体电路连接结构可以参考图3所示。
参见图4所示,前述储能电路2可以包括第一电阻R14至第六电阻R24、第一二极管D4至第三二极管D7、第一电容C13至第七电容C21、充电控制芯片U5、电感L1和电池BT1;第四电阻R19的一端接地,另一端与第三电阻R18的一端相连,第三电阻R18的另一端、第三二极管D7的负极、第二电阻R17的一端、第一二极管D4的正极和5V电源相连,第三二极管D7的正极接地,第二电阻的另一端、第四电容C18的一端和充电控制芯片U5的第5管脚相连,第四电容C18的另一端接地,第一电容C13、第二电容C14和第三电容C15并联,第一二极管D4的负极、第一电容C13至第三电容C15的第一公共端、充电控制芯片U5的第1管脚和第二二极管D5的负极相连,第一电容C13至第三电容C15的第二公共端接地,第二二极管D5的正极、电感L1的一端和充电控制芯片U5的第8管脚相连,第五电容C19、第六电容C20和第七电容C21相互并联,电感L1的另一端、第一电阻R14、第五电容C19至第七电容C21的第一公共端、电池BT1的正极和充电控制芯片U5的第6管脚相连,第一电阻R14的另一端与第六电阻R24的一端相连,第六电阻R24的另一端接地,第五电容C19至第七电容C21的第二公共端接地,电池BT1的负极、第五电阻R21的一端和充电控制芯片U5的第7管脚接地,第五电阻R21的另一端与充电控制芯片U5的第3管脚相连。
其中,充电控制芯片U5可以为TP5410充电控制芯片U5,前述控制电路采用单片机结构,数模转换电路32采用AD5320芯片,同时,控制电路还与SWD接口和薄膜按键电路连接,以供调试设备和用户输入信号,同时采用8M时钟电路计时。
最后,还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本发明所提供的一种环境振动能量回收***进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种环境振动能量回收***,其特征在于,包括:依次相连的能量转换电路、储能电路和驱动电路,分别与所述振动传感器、储能电路和能量转换电路相连的控制电路,所述能量转换电路与所述驱动电路相连;
所述振动传感器,用于采集外界环境的振动强度,生成强度信号并发送至所述控制电路;
所述控制电路,用于利用所述强度信号,判断所述强度信号是否大于等于预设的能量采集峰值,如果是,则启动所述能量转换电路将振动能量转换为电能,如果否,则禁止所述能量转换电路将振动能量转换为电能。
2.根据权利要求1所述的环境振动能量回收***,其特征在于,所述振动传感器,包括相连的振动采集单元和AD放大电路,所述AD放大电路与所述控制电路相连;
所述振动采集单元,用于收集所述振动强度,生成原始强度信号;
所述AD放大电路,用于放大所述原始强度信号,得到所述强度信号,并将所述强度信号发送至所述控制电路。
3.根据权利要求2所述的环境振动能量回收***,其特征在于,所述驱动电路包括相连的数模转换电路和DA放大电路,所述数模转换电路分别与所述储能电路和所述能量转换电路相连;
所述DA放大电路,用于放大原始驱动信号,得到放大后的驱动信号。
4.根据权利要求3所述的环境振动能量回收***,其特征在于,所述AD放大电路和所述DA放大电路均为二阶低通滤波器。
5.根据权利要求3所述的环境振动能量回收***,其特征在于,所述控制电路,还用于判断所述强度信号与所述驱动信号的放大倍数的大小;如果所述强度信号放大倍数大于所述驱动信号,则控制所述能量转换电路对所述储能电路充电,并对所述驱动电路直接供电;如果所述强度信号放大倍数等于所述驱动信号,则控制所述能量转换电路对所述驱动电路直接供电;如果所述强度信号放大倍数小于所述驱动信号,则控制所述能量转换电路对所述储能电路充电,所述储能电路对所述驱动电路供电。
6.根据权利要求5所述的环境振动能量回收***,其特征在于,所述控制电路,还用于如果所述强度信号放大倍数小于所述驱动信号,判断所述储能电路中电池的电量是否达到阈值,如果是,则控制所述储能电路和所述能量转换电路共同对所述驱动电路供电。
7.根据权利要求1至6任一项所述的环境振动能量回收***,其特征在于,还包括与所述控制电路相连的SWD接口电路。
8.根据权利要求1至6任一项所述的环境振动能量回收***,其特征在于,还包括与所述控制电路相连的薄膜按键电路。
9.根据权利要求1至6任一项所述的环境振动能量回收***,其特征在于,所述储能电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、充电控制芯片、电感和电池;所述第四电阻的一端接地,所述第四电阻的另一端与所述第三电阻的一端相连,所述第三电阻的另一端、所述第三二极管的负极、所述第二电阻的一端、所述第一二极管的正极和5V电源相连,所述第三二极管的正极接地,所述第二电阻的另一端、所述第四电容的一端和所述充电控制芯片的第5管脚相连,所述第四电容的另一端接地,所述第一电容、所述第二电容和所述第三电容并联,所述第一二极管的负极、所述第一电容至所述第三电容的第一公共端、所述充电控制芯片的第1管脚和所述第二二极管的负极相连,所述第一电容至所述第三电容的所述第二公共端接地,所述第二二极管的正极、所述电感的一端和所述充电控制芯片的第8管脚相连,所述第五电容、所述第六电容和所述第七电容相互并联,所述电感的另一端、所述第一电阻、所述第五电容至所述第七电容的第一公共端、所述电池的正极和所述充电控制芯片的第6管脚相连,所述第一电阻的另一端与所述第六电阻的一端相连,所述第六电阻的另一端接地,所述第五电容至所述第七电容的第二公共端接地,所述电池的负极、所述第五电阻的一端和所述充电控制芯片的第7管脚接地,所述第五电阻的另一端与所述充电控制芯片的第3管脚相连。
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