基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，特別涉及了基于多種綠色能源 的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)壽命延長的方式多采用兩種方法：1.電源設(shè)計(jì)考 慮的是低功耗。由于負(fù)載的功耗與電壓的平方成正比，因此在保證系統(tǒng)可靠工作時盡量選 用較低的工作電壓。降低功耗的方式從硬件和軟件兩個方向發(fā)展，硬件方面主要是以降低 元器件的耗電量以及提升電池的電量，軟件方面多是以控制節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)達(dá)到節(jié)電的效 果，例如控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，但是傳感器節(jié)點(diǎn)一般工作在無人值守的狀態(tài)，利用電池供 電，即使工作在低功耗模式下，節(jié)點(diǎn)的使用壽命也非常有限。2.到目前為止，對于供電裝置 的研宄已經(jīng)從傳統(tǒng)的能源向新興的能源轉(zhuǎn)化，經(jīng)過多年的研宄積累，已有了豐碩的成果， 利用能量收集技術(shù)從周圍環(huán)境源源不斷的收集能量并將其轉(zhuǎn)化成電能，不過更多的研宄都 是圍繞單一的能源采集與轉(zhuǎn)化，常用的環(huán)境能源有太陽能、振動能、風(fēng)能、溫差熱能等，但這 些單一能源往往各有優(yōu)缺點(diǎn)，有的受到氣候條件限制而無法持續(xù)穩(wěn)定地供能，這對于無線 網(wǎng)絡(luò)的使用條件有了很大的限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用型新的目的在于：為農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)提供綠色長效能源的供電裝置，實(shí) 現(xiàn)了采集節(jié)點(diǎn)的長壽命使用，將太陽能、風(fēng)能兩種綠色能源結(jié)合，為不同環(huán)境的節(jié)點(diǎn)提供了 更多的選擇方案；改善了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)更換電池不方便，使用壽命短，適應(yīng)性較差的技術(shù)問題， 同時電池的智能充電也完成了系統(tǒng)電池的自動監(jiān)控技術(shù)，保證了電池的健康。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采 集節(jié)點(diǎn)供電裝置，包括渦輪葉片、直流發(fā)電機(jī)、第一防回流保護(hù)模塊、風(fēng)能DC/DC模塊；手動 搖桿、交流發(fā)電機(jī)、第二防回流保護(hù)模塊、機(jī)械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保 護(hù)模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、智能控制模塊；
[0005] 所述的渦輪葉片帶動直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，直流發(fā)電機(jī)的輸出端連接第一防回流保護(hù) 模塊的輸入端，第一防回流保護(hù)模塊的輸出端連接風(fēng)能DC/DC模塊的輸入端，風(fēng)能DC/DC模 塊的輸出端連接充電電池的輸入端；
[0006] 所述的手動搖桿帶動交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，交流發(fā)電機(jī)的輸出端連接第二防回流保護(hù) 模塊的輸入端，第二防回流保護(hù)模塊的輸出端連接機(jī)械能AC/DC模塊的輸入端，機(jī)械能AC/ DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；
[0007] 所述的太陽能電池板的輸出端連接第三防回流保護(hù)模塊的輸入端，第三防回流保 護(hù)模塊的輸出端連接太陽能DC/DC模塊的輸入端，太陽能DC/DC模塊的輸出端連接充電電 池的輸入端；
[0008] 所述的智能控制模塊的IO端口分別連接風(fēng)能DC/DC模塊、機(jī)械能AC/DC模塊、太 陽能DC/DC模塊的控制端；
[0009] 所述的智能控制模塊同時監(jiān)測充電電池的電量。
[0010] 更加優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的智能控制模塊采用TI公司的鋰電池充電芯片 BQ24103。
[0011] 更加優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的風(fēng)能DC/DC模塊選擇穩(wěn)壓芯片LM2596。
[0012] 更加優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的太陽能DC/DC模塊選擇穩(wěn)壓芯片LM2940。
[0013] 更加優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的AC/DC模塊通過整流橋堆實(shí)現(xiàn)。
[0014] 更加優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的智能控制模塊通過檢測充電電池的充電電壓、充電 電流和放電電壓、放電電流來計(jì)算充電電池的電量。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：（1)將不同的能源采集組合利用于 充電裝置，解決了單一能源采集對于不同地域農(nóng)田適應(yīng)性較差的問題，同時解決了多種能 源同時采集的沖突問題。（2)軟件芯片控制充電，硬件采用綠色能源收集，有效延長了了農(nóng) 田節(jié)點(diǎn)的使用壽命。（3)本實(shí)用新型裝置，操作簡單，可以自由移動，方便安置在任意的農(nóng)田 信息采集節(jié)點(diǎn)中。（4)本實(shí)用新型裝置具有顯著的環(huán)保作用，提高了能源利用率，降低了頻 繁更換節(jié)點(diǎn)電源的工作，節(jié)約了勞動成本。
【附圖說明】
[0016] 圖1本實(shí)用新型方框流程圖；
[0017] 圖2太陽能，風(fēng)能，機(jī)械能采集的電路圖；
[0018] 圖3LM2596風(fēng)能DC/DC模塊的電路圖；
[0019] 圖4以BQ24103為核心芯片的智能控制模塊電路原理圖；
[0020] 圖5BQ24103提供的充電檢測電路。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步的描述。
[0022] 如圖1 :基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，包括渦輪葉片、直流發(fā) 電機(jī)、第一防回流保護(hù)模塊、風(fēng)能DC/DC模塊；手動搖桿、交流發(fā)電機(jī)、第二防回流保護(hù)模 塊、機(jī)械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保護(hù)模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、 智能控制模塊；所述的渦輪葉片帶動直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，直流發(fā)電機(jī)的輸出端連接第一防回 流保護(hù)t旲塊的輸入端，弟一防回流保護(hù)t旲塊的輸出端連接風(fēng)能DC/DC t旲塊的輸入端，風(fēng)能 DC/DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；所述的手動搖桿帶動交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，交流 發(fā)電機(jī)的輸出端連接第二防回流保護(hù)模塊的輸入端，第二防回流保護(hù)模塊的輸出端連接機(jī) 械能AC/DC模塊的輸入端，機(jī)械能AC/DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；所述的太陽 能電池板的輸出端連接第三防回流保護(hù)模塊的輸入端，第三防回流保護(hù)模塊的輸出端連接 太陽能DC/DC模塊的輸入端，太陽能DC/DC模塊的輸出端連接充電電池的輸入端；所述的智 能控制模塊的IO端口分別連接風(fēng)能DC/DC模塊、機(jī)械能AC/DC模塊、太陽能DC/DC模塊的 控制端；所述的智能控制模塊同時監(jiān)測充電電池的電量。
[0023] 其中，所述的智能控制模塊采用TI公司的鋰電池充電芯片BQ24103。所述的風(fēng)能 DC/DC模塊選擇穩(wěn)壓芯片LM2596。所述的太陽能DC/DC模塊選擇穩(wěn)壓芯片LM2940。所述 的AC/DC模塊通過整流橋堆實(shí)現(xiàn)。所述的智能控制模塊通過檢測充電電池的充電電壓、充 電電流和放電電壓、放電電流來計(jì)算充電電池的電量。
[0024] 圖2,電能采集模塊具有三個能量源：風(fēng)能、機(jī)械能、太陽能。有風(fēng)時風(fēng)力帶動葉片 旋轉(zhuǎn)使渦輪發(fā)電機(jī)M2的轉(zhuǎn)子做切割磁力線的運(yùn)動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；
[0025] 無風(fēng)時使用手動裝置使渦輪發(fā)電機(jī)Ml的轉(zhuǎn)子做切割磁力線的運(yùn)動，從而產(chǎn)生感 應(yīng)電動勢；BTl為太陽能電池板，可將太陽能高效轉(zhuǎn)化為電能。在制作實(shí)物過程中為了保證 每個能量采集正常工作，還另外加了發(fā)光二極管以判別獨(dú)自能量采集是否正常工作。在裝 置運(yùn)行時，由于存在裝置關(guān)斷后的回流問題，此問題會危害到發(fā)電機(jī)以及太陽能電池板的 使用壽命，為了更好的保證裝置的壽命，特別在發(fā)光二極管之前加入了單向?qū)ǖ亩O管 保證系統(tǒng)不會因回流過大直接損害到核心發(fā)電模塊。
[0026] 風(fēng)能部分原理
[0027] 當(dāng)風(fēng)吹向風(fēng)力機(jī)的葉片時，風(fēng)力機(jī)的主要作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，風(fēng)力機(jī)的 機(jī)械輸出功率可用式子表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，其特征在于，包括渦輪葉片、直流 發(fā)電機(jī)、第一防回流保護(hù)模塊、風(fēng)能DC/DC模塊；手動搖桿、交流發(fā)電機(jī)、第二防回流保護(hù)模 塊、機(jī)械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保護(hù)模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、 智能控制模塊； 所述的渦輪葉片帶動直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，直流發(fā)電機(jī)的輸出端連接第一防回流保護(hù)模塊 的輸入端，第一防回流保護(hù)模塊的輸出端連接風(fēng)能DC/DC模塊的輸入端，風(fēng)能DC/DC模塊的 輸出端連接充電電池的輸入端； 所述的手動搖桿帶動交流發(fā)電機(jī)發(fā)電，交流發(fā)電機(jī)的輸出端連接第二防回流保護(hù)模塊 的輸入端，第二防回流保護(hù)模塊的輸出端連接機(jī)械能AC/DC模塊的輸入端，機(jī)械能AC/DC模 塊的輸出端連接充電電池的輸入端； 所述的太陽能電池板的輸出端連接第三防回流保護(hù)模塊的輸入端，第三防回流保護(hù)模 塊的輸出端連接太陽能DC/DC模塊的輸入端，太陽能DC/DC模塊的輸出端連接充電電池的 輸入端； 所述的智能控制t旲塊的1〇端口分別連接風(fēng)能DC/DC t旲塊、機(jī)械能AC/DC t旲塊、太陽能 DC/DC模塊的控制端； 所述的智能控制模塊同時監(jiān)測充電電池的電量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，其特征在 于，所述的智能控制模塊采用TI公司的鋰電池充電芯片BQ24103。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，其特征在 于，所述的風(fēng)能DC/DC模塊選擇穩(wěn)壓芯片LM2596。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，其特征在 于，所述的太陽能DC/DC模塊選擇穩(wěn)壓芯片LM2940。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，其特征在 于，所述的AC/DC模塊通過整流橋堆實(shí)現(xiàn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，其特征在 于，所述的智能控制模塊通過檢測充電電池的充電電壓、充電電流和放電電壓、放電電流來 計(jì)算充電電池的電量。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于多種綠色能源的農(nóng)田信息采集節(jié)點(diǎn)供電裝置，其特征在于，包括渦輪葉片、直流發(fā)電機(jī)、第一防回流保護(hù)模塊、風(fēng)能DC/DC模塊；手動搖桿、交流發(fā)電機(jī)、第二防回流保護(hù)模塊、機(jī)械能AC/DC模塊；太陽能電池板、第三防回流保護(hù)模塊、太陽能DC/DC模塊、充電電池、智能控制模塊；將太陽能、風(fēng)能兩種綠色能源結(jié)合，為不同環(huán)境的節(jié)點(diǎn)提供了更多的選擇方案；改善了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)更換電池不方便，使用壽命短，適應(yīng)性較差的技術(shù)問題。
【IPC分類】H02J7-00
【公開號】CN204304516
【申請?zhí)枴緾N201420771541
【發(fā)明人】林相澤, 謝宇辰
【申請人】南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月9日