針對林區(qū)果園復(fù)雜環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)的供電問題,本文提出并設(shè)計了一種具有高度可靠性和穩(wěn)定性的光伏和風(fēng)力供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)同時具有太陽能電池、微型風(fēng)力發(fā)電機和外部直流輸入接口,可以為超級電容器組和鋰離子電池組充電。為了提高系統(tǒng)應(yīng)對林區(qū)果園復(fù)雜天氣的穩(wěn)定可靠性,該系統(tǒng)增設(shè)了具有較高魯棒性能的三級高靈敏保護電路。在對鋰離子電池組保護方面,該系統(tǒng)采用無線微控制器CC1310,設(shè)計優(yōu)選方案選擇超級電容器組、鋰離子電池組或外部直流電源為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測節(jié)點供電。測試結(jié)果表明:該系統(tǒng)的5V和3.3V輸出的穩(wěn)定度分別高達99.6%和99.4%,能夠為多數(shù)林區(qū)果園無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測提供穩(wěn)定的能源保障。 

【文章來源】：無線通信技術(shù). 2016,25(04)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

況，所以在太陽能電池板和微型風(fēng)力發(fā)電機接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，應(yīng)通過防雷擊保護電路，確保系統(tǒng)后端電路的正常運行。本設(shè)計中采用由氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管組成的三級保護電路，在皮秒級時間范圍內(nèi)對雷擊產(chǎn)生的浪涌電壓進行響應(yīng)，如圖3所示。圖2三種輸入電源接入方式圖3三級高靈敏保護電路當(dāng)太陽能電池板或微型發(fā)電機遭遇雷擊時，抑制二極管首先啟動，將瞬時產(chǎn)生的高電壓抑制在一定的范圍內(nèi);倘若此時由于雷擊產(chǎn)生的浪涌電流過大，壓敏電阻便會工作，釋放一部分電流，同時其兩端電壓將會被抬高，直到觸發(fā)前一級的氣體放電管工作，將大電流釋放到大地，這樣便能很好的保護系統(tǒng)后端的電路。3．2電能儲存管理單元設(shè)計鋰離子電池組作為本設(shè)計中主要的儲能元件，在系統(tǒng)中起著儲能和對外提供能量的功能。超大容量電容器是為了保護鋰離子電池組，減少電池組充放電次數(shù)，延長電池組使用壽命而設(shè)計的。3．2．1鋰離子電池組充放電設(shè)計在本設(shè)計中采用可編程的BQ40Z60［10］作為鋰離子電池組充放電的管理IC。該IC支持4V至25V的寬電壓輸入，同時BQ40Z60內(nèi)部具有DataFlash，其中存儲著多種涵蓋高效電池充電算法、電池電量反饋和報告錯誤信息等函數(shù)。BQ40Z60通過SMBus［11］和無線MCU進行通信，通過無線MCU可以隨時監(jiān)測電池組的當(dāng)前狀態(tài)。圖4為利用BQ40Z60可編程電池組管理IC設(shè)計的鋰離子電池組充放電原理圖。圖4鋰離子電池組充放電管理電路圖5電池組充電狀態(tài)在本設(shè)計中，讓BQ40Z60完全自主地操作由3節(jié)鋰離子電池構(gòu)成的電池組的充電過程，采用典型的高效充電算法，對電池組進行充電。圖5為整個充電過程的示意圖。在設(shè)計初始階段考慮到鋰離子電池組具有充放電次數(shù)限制，所以電池組的放電過程由

況，所以在太陽能電池板和微型風(fēng)力發(fā)電機接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，應(yīng)通過防雷擊保護電路，確保系統(tǒng)后端電路的正常運行。本設(shè)計中采用由氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管組成的三級保護電路，在皮秒級時間范圍內(nèi)對雷擊產(chǎn)生的浪涌電壓進行響應(yīng)，如圖3所示。圖2三種輸入電源接入方式圖3三級高靈敏保護電路當(dāng)太陽能電池板或微型發(fā)電機遭遇雷擊時，抑制二極管首先啟動，將瞬時產(chǎn)生的高電壓抑制在一定的范圍內(nèi);倘若此時由于雷擊產(chǎn)生的浪涌電流過大，壓敏電阻便會工作，釋放一部分電流，同時其兩端電壓將會被抬高，直到觸發(fā)前一級的氣體放電管工作，將大電流釋放到大地，這樣便能很好的保護系統(tǒng)后端的電路。3．2電能儲存管理單元設(shè)計鋰離子電池組作為本設(shè)計中主要的儲能元件，在系統(tǒng)中起著儲能和對外提供能量的功能。超大容量電容器是為了保護鋰離子電池組，減少電池組充放電次數(shù)，延長電池組使用壽命而設(shè)計的。3．2．1鋰離子電池組充放電設(shè)計在本設(shè)計中采用可編程的BQ40Z60［10］作為鋰離子電池組充放電的管理IC。該IC支持4V至25V的寬電壓輸入，同時BQ40Z60內(nèi)部具有DataFlash，其中存儲著多種涵蓋高效電池充電算法、電池電量反饋和報告錯誤信息等函數(shù)。BQ40Z60通過SMBus［11］和無線MCU進行通信，通過無線MCU可以隨時監(jiān)測電池組的當(dāng)前狀態(tài)。圖4為利用BQ40Z60可編程電池組管理IC設(shè)計的鋰離子電池組充放電原理圖。圖4鋰離子電池組充放電管理電路圖5電池組充電狀態(tài)在本設(shè)計中，讓BQ40Z60完全自主地操作由3節(jié)鋰離子電池構(gòu)成的電池組的充電過程，采用典型的高效充電算法，對電池組進行充電。圖5為整個充電過程的示意圖。在設(shè)計初始階段考慮到鋰離子電池組具有充放電次數(shù)限制，所以電池組的放電過程由

【參考文獻】：
期刊論文
[1]精確林業(yè)傳感技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進展[J]. 鄭加強,徐幼林.  林業(yè)工程學(xué)報. 2016(02)
[2]防雷型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點太陽能電源系統(tǒng)[J]. 譚成龍,陳祖爵,鮑煦,閆述.  數(shù)據(jù)通信. 2014(04)
[3]基于太陽能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點供電系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王戰(zhàn)備.  渭南師范學(xué)院學(xué)報. 2013(12)
[4]風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 張峰,張建華.  科技與企業(yè). 2013(15)
[5]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J]. 司海飛,楊忠,王珺.  機電工程. 2011(01)
[6]用于環(huán)境監(jiān)測的自供電傳感器網(wǎng)絡(luò)[J]. 張強,楊濤.  儀表技術(shù)與傳感器. 2008(02)



本文編號：3507733