CN202018730U - 一种太阳能供电的无线采集节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能供电无线采集节点，该节点采用ARM内核的ZigBee无线芯片MC13224，所述MC13224芯片分别连接传感器、显示屏、蓄电池和天线，所述蓄电池连接太阳能充电管理芯片和太阳能极板，太阳能充电管理芯片CN3063与所述太阳能极板以及MC13224芯片相连。节点由蓄电池提供电源，蓄电池还可以通过USB口由其他电源来充电。太阳能充电管理芯片实时对电池的工作状态进行监控，以便根据情况作出相应的处理。其优点是：该节点功耗低，节能环保且可兼容多种不同的传感器，可用于无线网络***中长时间实时采集各种物理信息。

Description

一种太阳能供电的无线采集节点

技术领域

本实用新型涉及一种无线采集节点，尤其是太阳能供电的无线采集节点。

背景技术

目前，市面上出售的无线采集节点，一般的组成如下：电池或电源插口，传感芯片，处理器，发射电路。对于采用电池供电的节点，存在的问题是对于采集***而言，需要实时向监控***发送所采集的各种物理数据，一般电池的能量有限，有时甚至每天都要更换电池，与当前提倡的绿色环保主题相悖。对于采用电源插口，如果检测目标在野外，需要铺设电网，而且位置固定无法根据实时需要移动。对于物理信息的采集大多采用GSM、GPRS等无线方式，但无线通讯的服务费用较高。一般传感节点中，处理器和发射电路是独立的，一方面，在电路板的设计中需要着重考虑射频电路的屏蔽，确保射频信号免受干扰，因此电路板的设计难度较大；另一方面，还需要选择相配的处理器，以达到性能的最优。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种太阳能供电的无线采集节点，实现低能耗、性能稳定、费用低廉、使用方便的无线通讯节点，同时采用环保持续的能源为无线节点供电。

按照本实用新型提供的技术方案，所述太阳能供电的无线采集节点包括MC13224芯片，所述MC13224芯片分别连接传感器、显示屏、蓄电池和天线，所述蓄电池连接显示屏、太阳能充电管理芯片和太阳能极板，太阳能充电管理芯片与所述太阳能极板以及MC13224芯片相连。

所述太阳能充电管理芯片CN3063还连接有miniUSB接口或USB接口。

所述传感器为一个或多个。所述蓄电池为聚合物蓄电池。所述太阳能充电管理芯片型号为CN3063。

所述显示屏的使能端连接开关控制按键以及MC13224芯片的输出引脚。

本实用新型的优点是：

基于ZigBee无线传输网络来传输采集的数据，采用处理器和发射电路集成的芯片，性能稳定，功耗低，成本低。

供电采用聚合物蓄电池给无线采集终端供电，主要由太阳能给蓄电池供电，在需要时可通过USB接口由PC机或电网电源来充电。可以有效地利用太阳能，节能环保；同时，在情况紧急时，也能确保***正常运行。

实时监控蓄电池工作状况：处于充电过程，还是工作过程，当电池充满电时，工作到一定时间，电压低于预定值，控制器将给蓄电池充电；如电压过低，且无可供电电源，监控***将通过无线***将当前状况发射到监控主机。

节点带有显示屏可实时观察采集信息和电池状况，便于及时掌控信息。在不需要察看信息时可以通过显示屏的开关按键将屏关闭，以降低能耗；同时还可通过远程控制显示屏的开和关操作方便。

附图说明

图1是本实用新型硬件结构图。

图2是蓄电池充电电路图。

图3电源管理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括MC13224芯片，MC13224芯片分别连接传感器、显示屏、蓄电池和天线，所述蓄电池连接显示屏、太阳能充电管理芯片和太阳能极板，太阳能充电管理芯片与所述太阳能极板以及MC13224芯片相连。

本节点采用ARM内核的ZigBee无线单片机MC13224，该芯片集成了标准的ARM7内核、2.4GHz射频收发器、IEEE 802.15.4 MAC硬件加速器和AES硬件加速器，内置了FLASH，SRAM和ROM，AD转换等模块，并在开发环境中提供了最新ZigBee 2007/PRO协议栈，可实现无线通信。电源供电采用聚合物蓄电池782338，蓄电池连接有太阳能充电管理芯片和太阳能极板。太阳能充电管理芯片CN3063内部带有8位模拟-数字转换电路，能够根据输入电压源的输出能力自动调整充电电流，且不需要考虑最坏情况，可最大限度地利用输入电压源的电流输出能力。太阳能极板ZT110*70A为蓄电池提供天然能源。同时节点配有miniUSB（或USB）接口，通过USB接口输出的电压也可以为电池供电，以供特殊情况时，如当出现连续的阴雨天，电池储电量低于预设定值时可以用USB接口的充电设备到现场给节点电池充电。电源管理***，实时监控电池的工作状态和供电状况，此外节点带有显示屏SSD1303T9R1，128×64点阵式的OLED屏，实时显示所采集的信息。

图1中传感器可以有多个，并不局限于3个。传感器将收集到的物理信息传送至MC13224芯片，由芯片内带的12位AD转换器将接收到的自然界的模拟信号，如温度、光度、湿度等转换成数字信号，从无线收发电路由天线发送到监控中心的PC机上，该PC机带有相应的无线接收模块，或者另一个无线节点模块。同时将转换后的数字信号由显示电路传送在显示屏上显示。

节点的供电如图2，太阳能充电管理芯片CN3063的输入电压范围：4.35V-6V，恒压充电电压4.2V，恒流充电电流500mA。它的一个电压源为通过USB接口输入的电源，另一个电压源为通过太阳能极板收集的太阳能转换的电源。P沟道MOSFET管M1用来阻止电流从第一输入电源流入第二输入电源，肖特基二极管D1可防止第二输入电源通过1K电阻消耗能量。在实际应用中，第一输入电源接到太阳能极板，第二输入电源接到USB接口上。当同时使用两种电源时，第一输入电源具有优先权。当处于充电状态时，D2灯亮；充电完成后，D2灯灭，D1灯亮。同时充电指示端直接驱动MC13224端口，由MC13224芯片监测相应端口信息，并将信息通过发射端，发送到监控中心或节点，并在显示屏上显示充电状态。为保证良好的稳定性和温度特性，连接在端口ISET的电阻R5使用精度为1%的金属膜电阻。电阻R6和R7组成分压网络实现TEMP管脚的电压，R7是一个陶瓷型的PTC热敏电阻。电池的温度检测通过监测TEMP管脚的电压来实现，当该管脚的电压大于VIN的46%超过0.15秒时，芯片正常工作，如果管脚的电压小于VIN的46%超过0.15秒时，则认为电池的温度超出范围，充电将被暂时停止，当管脚的电压再次大于VIN的46%超过0.15秒时，充电将继续。图中FB管脚接到电池的正极Bat+，可以有效避免电池正极Bat+和管脚BAT之间的寄生电阻对充电的影响，不可悬空。所使用的电池（图2右侧方框）标称容量为1000mAh，厚度7.8±2mm，宽度28±0.5mm，长度37±2mm，型号为782338的聚合物可充电电池。最高充电电压4.2V，标称电压3.7V，充电电流500mA。

在监控中心PC机上的电源管理模块主要是实现电池的充电管理，监控充电管理芯片CN3063的管脚CHRG的管脚电压和管脚DONE的管脚电压，从电压的高低来判断电池此刻所处的状态。管理流程如图3，首先检测芯片CN3063的CHRG管脚电压A和DONE管脚电压B，当A和B同时为高电平时，监控中心的PC机屏幕显示：电池出现异常情况！可能是：输入电压低于电源低电压锁存阈值，或输入电压低于电池连接端BAT电压，或者是电池温度出现异常；同时，图2中节点上的D1灭，D2灭。当A为低电平，B为高电平时，监控中心的PC机屏幕显示：正在充电中；同时D1亮，D2灭。当A为高电平，B为低电平时，监控中心的PC机屏幕显示：充电完成；同时D1灭，D2亮。当A、B为脉冲信号时，监控中心的PC机屏幕显示：电池没有接好；同时D1闪烁，D2亮。

所述显示屏的使能端连接开关控制按键以及MC13224芯片的输出引脚。对显示屏的开关控制通过该开关控制按键来控制其使能端，当按键开通时，使能端打开，显示屏寄存器初始化，正常工作；此外还可通过远程发送指令给MC13224芯片来设置使能端电平的高低，达到与按键同样的功能。即本节点可以通过远程或节点按键控制显示屏的打开和关闭，既方便随时观察采集数据和电池工作状况又可最大限度的节省能源降低功耗。

Claims (6)

1. 一种太阳能供电的无线采集节点，其特征是：包括MC13224芯片，所述MC13224芯片分别连接传感器、显示屏、蓄电池和天线，所述蓄电池连接显示屏、太阳能充电管理芯片和太阳能极板，太阳能充电管理芯片与所述太阳能极板以及MC13224芯片相连。

2.如权利要求1所述太阳能供电的无线采集节点，其特征是所述太阳能充电管理芯片CN3063还连接有miniUSB接口或USB接口。

3.如权利要求1所述太阳能供电的无线采集节点，其特征是所述传感器为一个或多个。

4.如权利要求1所述太阳能供电的无线采集节点，其特征是所述蓄电池为聚合物蓄电池。

5.如权利要求1所述太阳能供电的无线采集节点，其特征是所述显示屏的使能端连接开关控制按键以及MC13224芯片的输出引脚。

6.如权利要求1所述太阳能供电的无线采集节点，其特征是所述太阳能充电管理芯片型号为CN3063。

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