專利名稱：一種無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境能量利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點 的能量供給裝置和方法。
背景技術(shù)：
基于電池供電的傳感器網(wǎng)絡節(jié)點電源無法替換或者可以替換卻成本 很高，導致能量消耗問題直接影響網(wǎng)絡的生命周期。獲得環(huán)境能量的方 法可以使低功耗設計免除傳統(tǒng)電力線和電池的束縛。很多系統(tǒng)如小型無線連網(wǎng)傳感器節(jié)點和消費市場上的低成本計算器 對電源有嚴格限制，這涉及到遠程位置、成本考慮、便攜程度的需求以 及其他因素。另外，轉(zhuǎn)向無線通信的大趨勢淘汰了系統(tǒng)中很多有線電纜, 因而設計師希望能使系統(tǒng)脫離電源線和充電器的束縛，而采用能量采集器(Energy harvester)。這種小型模塊可將大多數(shù)工作環(huán)境中的能量轉(zhuǎn)化 為適宜的電能。最常用的能量采集器是小型太陽能電池，或?qū)C械振動 轉(zhuǎn)化為電能的電磁模塊等。當然，電池也可以使系統(tǒng)免除電源線的麻煩，但由于成本的原因限 制了系統(tǒng)的工作壽命。在兩年使用期以后，振動能量采集器便能優(yōu)于鋰 電池。如果你的設備壽命在IO年以上，則振動能源或太陽能能源就要好 于任何電池技術(shù)。在系統(tǒng)整個生命周期的擁有成本中，勞動力成本也會 增添一種起抑制使用作用的額外費用，因此最好能免除更換電池的工作。從不利的一面來看，依賴于采集能量的系統(tǒng)其功耗必須盡量低。系 統(tǒng)的功耗涉及傳感器網(wǎng)絡軟件、硬件各個層面的能量消耗問題，功耗問 題甚至決定了網(wǎng)絡生命周期。從網(wǎng)絡構(gòu)成及其運行過程而言，節(jié)點各個 子系統(tǒng)的能量消耗又相互影響，此消彼長，針對單一子系統(tǒng)的能量消耗控制策略并不能從根本上解決問題。因此必須結(jié)合網(wǎng)絡的應用環(huán)境，從 器件選擇、數(shù)據(jù)處理算法的有效性和復雜性、數(shù)據(jù)通信量和網(wǎng)絡運行機 制等方面兼顧各個子系統(tǒng)的功能特點和性能要求，整體上評估能量消耗 問題，必要時甚至適當降低性能標準，以設計相應的消耗控制策略，有 效延長網(wǎng)絡生命周期?？傮w上而言，傳感器網(wǎng)絡能量消耗控制策略應著 重從器件本身的功耗特殊性、休眠進入原則、縮短通信距離和減少網(wǎng)絡
流量這幾個方面進行量化和設計。然而到目前為止，傳感器網(wǎng)絡的能量 有效性還沒有被模型化和量化，也不具有被普遍接受的標準，需要更進 一步地深入研究。
除了研究系統(tǒng)的低功耗技術(shù)外，就要盡可能多的從環(huán)境汲取能量。 為了達到這一目的，可以用幾種能量采集器獲得不同形式的能源，包括 光開關(guān)致動器、直線運動變換器、機械振動、熱梯度，以及陽光等。
隨著越來越多的設計工程師采用能量采集器作為電源，設計低耗能 系統(tǒng)與選擇能源同等重要的事情，本發(fā)明主要針對能源供應方面的設計。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于給無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點提供一個連續(xù)供電的系 統(tǒng)，為此，本發(fā)明提供一種無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供裝置和方法。 為達到上述目的，本發(fā)明的第一方面，是提供一種無線網(wǎng)絡傳感器
節(jié)點的能量供給裝置包括
能量挖掘模塊、能量存儲模塊、后備能源供給模塊和能量管理控制
模塊，其中 .
能量挖掘模塊，用于采集環(huán)境中的能量，能量挖掘模塊輸出的能量
由能量管理控制模塊進行管理；.
能量存儲模塊，用于存儲能量挖掘模塊采集到的能量； 后備能源供給模塊，用于在環(huán)境能量不滿足系統(tǒng)能量消耗的情況下
負責系統(tǒng)的能量供給，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供應；
能量管理控制模塊，用于控制能量存儲模塊和后備能源供給模塊為
系統(tǒng)供電。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的能量挖掘模塊是采用將各種形式的環(huán) 境能源轉(zhuǎn)化為電能的模塊。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的能量存儲模塊有一個或多個層次，根 據(jù)具體需要確定層次的數(shù)目，每個層次的能量存儲模塊分別給系統(tǒng)供電， 每個層次的能量存儲模塊能重復儲存和釋放能量。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的后備能源供給模塊是長期保持自身能 量的模塊，即在不使用后備能源供給模塊中的能量時，后備能源供給模 塊中的能量重復為自身補充能量。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的能量管理控制模塊監(jiān)控能量存儲模塊 和后備能源供給模塊的能量狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)控所得的能量狀態(tài)數(shù)據(jù)，控制 能量存儲模塊和后備能源供給模塊給系統(tǒng)供電。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的能量管理控制模塊的能量狀態(tài)監(jiān)控端 I/O分別與能量存儲模塊和后備能源供給模塊的被監(jiān)控輸出端連接，用 于監(jiān)控能量存儲模塊和后備能源供給模塊的能量，根據(jù)監(jiān)控所得的能量 數(shù)據(jù)，自動控制能量存儲模塊和后備能源供給模塊給系統(tǒng)供電；所述的 能量管理控制模塊包括開關(guān)模塊和微控制器，開關(guān)模塊的一輸入端與 微控制器的開關(guān)控制端I/O連接，用于控制開關(guān)模塊的閉合和斷開。
為了實現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明的第二方面，提供的一種無線網(wǎng)絡傳 感器節(jié)點的能量供給的方法，步驟如下
能量采集步驟利用能量挖掘模塊采集環(huán)境中的能量，將其轉(zhuǎn)化為 電能；
能量存儲步驟將電能存儲到能量存儲模塊中；
能量供給步驟利用能量管理控制模塊監(jiān)控能量存儲模塊和后備能 源供給模塊的能量狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)控能量狀態(tài)得到的數(shù)據(jù)控制能量供給系 統(tǒng)為無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點供電。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述能量采集步驟還包括
Sl:啟動能量供給系統(tǒng)；
S2:當能量存儲模塊中能量無法滿足能量供給系統(tǒng)的能量消耗時， 先由后備能源供給模塊為系統(tǒng)提供能量；S3:能量挖掘模塊開始采集環(huán)境能量。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述能量供給步驟還包括 Sl:為能量存儲模塊存儲能量；
S2:能量管理控制模塊監(jiān)控每一級能量存儲模塊以及后備能源供給 模塊的能量大小狀態(tài)；
S3:由能量管理控制模塊監(jiān)測到某級能量存儲模塊是否被充滿能量； 如果被充滿，執(zhí)行步驟S4;如果沒有被充滿，則執(zhí)行步驟S1;
S4:—旦有任何一級能量存儲模塊被充滿，則由能量管理控制模塊控 制被充滿的能量存儲模塊為系統(tǒng)供電，減少使用后備能源供給模塊中的 能量；
S5:由能量管理控制模塊控制，為沒有充滿能量的能量存儲模塊補充 能量；
S6判斷所有能量存儲模塊是否被充滿能量，如果有被充滿能量，執(zhí) 行步驟S7;如果有未被充滿能量，執(zhí)行步驟S5;
S7由能量管理控制模塊控制，使能量挖掘模塊為任一層級的能量存 儲模塊存儲能量；
S8:實時監(jiān)控后備能源供給模塊的能量，如果能量不是滿狀態(tài)，執(zhí)行 步驟S9，對后備能源供給模塊實施補充能量，使后備能源供給模塊始終 保持滿能量狀態(tài)；如果能量是滿狀態(tài)，則直接執(zhí)行步驟S10; S10:當環(huán)境能量稀缺時，則消耗能量存儲模塊中的能量； Sll:判斷能量存儲模塊中的能量是否消耗完畢，如果能量消耗完畢，
執(zhí)行步驟13;如果能量未消耗完畢，則執(zhí)行步驟12;
S12:能量存儲模塊中的能量未消耗完畢，判斷環(huán)境能量是否充足； 如果環(huán)境能量充足，執(zhí)行步驟S1;如果環(huán)境能量不充足，執(zhí)行步驟S10;
S13:能量存儲模塊中的能量消耗完畢，使用后備能源供給模塊中的 能量；
S14:判斷后備能源供給模塊中的能量是否耗盡，如果是耗盡，則執(zhí)
行步驟S16;如果沒耗盡，則執(zhí)行步驟S15;
S15:能源供給模塊中的能量未耗盡，判斷環(huán)境能量是否充足，如果環(huán)境能量充足，執(zhí)行步驟S1;如果環(huán)境能量不充足，執(zhí)行步驟S13;
S16:后備能源供給模塊中的能量耗盡后，無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能 量供給裝置進入死機狀態(tài)；
S17:無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置死機狀態(tài)后，如果環(huán)境能 量又一次充足，執(zhí)行步驟S1，無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置利用 環(huán)境能量再次啟動；如果環(huán)境能量不充足，則無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能 量供給裝置繼續(xù)步驟S16的處于死機狀態(tài)；
以上步驟周而復始，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動供電。
本發(fā)明將能量挖掘技術(shù)和能量管理和控制技術(shù)進行有效結(jié)合，提供 了一種能量供給裝置，形成一整套無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給系統(tǒng)， 克服傳統(tǒng)能量供給方案的不足，具有實用性和先進性的優(yōu)勢，對無線網(wǎng) 絡傳感器的節(jié)點可發(fā)揮很好的作用。
本發(fā)明的特點在于
通過能量挖掘技術(shù)、能量存儲技術(shù)和能量管理控制技術(shù)的結(jié)合，實 現(xiàn)了無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的供電。通過能量存儲模塊的儲能作用以及能 量管理控制模塊的管理作用，可以實現(xiàn)永久的無人干預式的供電。
本發(fā)明具有如下有益效果
(1) 實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡傳感器的永久供電，使得無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的 布設更為靈活。
(2) 大大降低了無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的供電成本。
圖1是本發(fā)明的實施方案結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給的流程圖
圖3是本發(fā)明能量采集流程圖
圖4是本發(fā)明能量供給流程圖
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細說明，應指出的是，所描述的實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。 如圖1所示的本發(fā)明提供的裝置涉及如下
圖中粗箭頭代表能量流，細箭頭代表控制流。環(huán)境能量受能量管理控 制模塊的控制，可以為能量存儲模塊2和后備能源供給模塊3補充能量; 同時能量管理控制模塊4可以控制能量存儲模塊2和后備能源供給模塊 3給系統(tǒng)供電。能量管理控制模塊4監(jiān)控各級能量存儲模塊2和后備能 源供給模塊4的能量狀態(tài)，以作為控制的依據(jù)。
(1)能量挖掘模塊1:能量挖掘模塊1負責采集環(huán)境能量，將采集到 的能量存儲到能量存儲模塊2。所述的能量挖掘模塊1是采用將各種形
式的環(huán)境能源轉(zhuǎn)化為電能的模塊，譬如，振動能，風能，太陽能等等形 式的環(huán)境能源，假定系統(tǒng)采用太陽能電池板作為能量挖掘模塊1。
(2) 能量存儲模塊2:能量存儲模塊2負責存儲能量挖掘模塊1采集 的能量，作為系統(tǒng)的供電電源，譬如1.2級電容能量存儲器，超級電容。 假定我們的系統(tǒng)有兩級能量存儲模塊2。能量存儲模塊2有一個或多個 層次，根據(jù)具體需要確定層次的數(shù)目，每個層次的能量存儲模塊2分別 給系統(tǒng)供電，每個層次的能量存儲模塊2能重復儲存和釋放能量。
(3) 后備能源供給模塊3:后備能源供給模塊3負責在能量存儲模塊 2里的能量耗盡，而且還無法得到補充的情況下負責系統(tǒng)的供電，后備 能源供給模塊3可以是可充電電池等可以較長時間保持能量并且可以多 次補充能量的模塊。假定系統(tǒng)采用鋰電池。所述的后備能源供給模塊是 長期保持自身能量的模塊，即在不使用后備能源供給模塊中的能量時， 后備能源供給模塊中的能量不會由于漏電流而很快損失殆盡，并且在其 能量喪失的情況下，可以重復為其補充能量。
(4) 能量管理控制模塊4:能量管理控制模塊4負責控制監(jiān)控不同 能量設備的能量狀況，例如監(jiān)控能量存儲模塊2和后備能源供給模塊3 的能量狀況，根據(jù)監(jiān)控所得的能量狀況數(shù)據(jù)，控制能量存儲模塊2和后 備能源供給模塊3給系統(tǒng)供電，控制不同的能量設備給系統(tǒng)供電。能量 管理控制模塊4采用譬如微控制器(MCU)42和可控開關(guān)組成的開關(guān)模41 塊。所述的能量管理控制模塊4的能量狀態(tài)監(jiān)控端I/O分別與能量存儲
模塊2和后備能源供給模塊3 —輸出端連接，用于監(jiān)控能量存儲模塊和 后備能源供給模塊3的能量，根據(jù)監(jiān)控所得的能量數(shù)據(jù)，自動控制能量 存儲模塊2和后備能源供給模塊3給系統(tǒng)供電。
所述的能量管理控制模塊的開關(guān)模塊41的一輸入端與微控制器42 的開關(guān)控制端I/0連接，用于控制開關(guān)模塊41的閉合和斷開。
系統(tǒng)分成三個等級能量挖掘模塊1是與環(huán)境最為接近的層級，能 量存儲模塊2和后備能源供給模塊3構(gòu)成一個層級，最高層級是能量管 理控制模塊4。
系統(tǒng)處于初始啟動狀態(tài)，能量存儲模塊2中沒有能量，系統(tǒng)使用后 備能源供給模塊3供電；太陽能電池板采集太陽能，將采集到的能量存 儲到超級電容組成的能量存儲模塊2中；微控制器42MCU通過監(jiān)控超 級電容的電壓來判斷其能量水平，如果一個層級的能量存儲模塊2充滿 能量后，則使該層級為系統(tǒng)供電，同一時間只能有一個能量存模塊2為 系統(tǒng)供電，同時為下一層級存儲能量；當?shù)诙壞芰看鎯δK2充滿能 量后，再次為第一級能量存儲模塊2充電，同時使第一級能量存儲模塊 2為系統(tǒng)供電；42MCU通過能量監(jiān)控電路，定時讀取后備能源供給模 塊3的能量狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)其能量水平低于閥值，則為其補充能量，同時由 第一或第二層級能量存儲模塊2為系統(tǒng)供電；當太陽光照消失后，第一 和第二層級的能量存儲模塊2的能量是滿的，能量存儲模塊2中的能量 在夜晚為系統(tǒng)供電。白天有光照情況下繼續(xù)使用環(huán)境能量供能。
鋰電池中的能量可以維持系統(tǒng)幾個月的運行，因此，可以使系統(tǒng)度 過雨季或太陽能較長時間段內(nèi)的短缺。
本發(fā)明提供的方法是無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置的整體工 作方法。這種方法可以有效地為無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點供電。
如圖2本發(fā)明無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給的流程圖所示
本發(fā)明一種無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給的方法，由能量挖掘模 塊l采集環(huán)境中的能量，將其轉(zhuǎn)化為電能，存儲到能量存儲模塊2中， 由能量管理控制模塊4監(jiān)控能量狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)控能量狀態(tài)得到的數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的供電。
如圖3本發(fā)明能量采集流程圖所示， Sl:啟動能量供給系統(tǒng)；
S2:當能量存儲模塊中能量無法滿足能量供給系統(tǒng)的能量消耗時，
先由后備能源供給模塊為系統(tǒng)提供能量；
S3:能量挖掘模塊開始采集環(huán)境能量。
如圖4是本發(fā)明能量供給流程圖所示，其具體步驟如下 Sl:為能量存儲模塊存儲能量；
S2:能量管理控制模塊監(jiān)控每一級能量存儲模塊以及后備能源供給 模塊的能量大小狀態(tài)；
S3:由能量管理控制模塊監(jiān)測到某級能量存儲模塊是否被充滿能量； 如果被充滿，執(zhí)行步驟S4;如果沒有被充滿，則執(zhí)行步驟S1;
S4:—旦有任何一級能量存儲模塊被充滿，則由能量管理控制模塊控 制被充滿的能量存儲模塊為系統(tǒng)供電，減少使用后備能源供給模塊中的 能量；
S5:由能量管理控制模塊控制，為沒有充滿能量的能量存儲模塊補充 能量；
S6判斷所有能量存儲模塊是否被充滿能量，如果有被充滿能量，執(zhí) 行步驟S7;如果有未被充滿能量，執(zhí)行步驟S5;
S7由能量管理控制模塊控制，使能量挖掘模塊為任一層級的能量存 儲模塊存儲能量；
S8:實時監(jiān)控后備能源供給模塊的能量，如果能量不是滿狀態(tài)，執(zhí)行 步驟S9，對后備能源供給模塊實施補充能量，使后備能源供給模塊始終 保持滿能量狀態(tài)；如果能量是滿狀態(tài)，則直接執(zhí)行步驟S10; S10:當環(huán)境能量稀缺時，則消耗能量存儲模塊中的能量； Sll:判斷能量存儲模塊中的能量是否消耗完畢，如果能量消耗完畢，
執(zhí)行步驟13;如果能量未消耗完畢，則執(zhí)行步驟12;
S12:能量存儲模塊中的能量未消耗完畢，判斷環(huán)境能量是否充足； 如果環(huán)境能量充足，執(zhí)行步驟S1;如果環(huán)境能量不充足，執(zhí)行步驟S10;S13:能量存儲模塊中的能量消耗完畢，使用后備能源供給模塊中的 能量；
S14:判斷后備能源供給模塊中的能量是否耗盡，如果是耗盡，則執(zhí) 行步驟S16;如果沒耗盡，則執(zhí)行步驟S15;
S15:能源供給模塊中的能量未耗盡，判斷環(huán)境能量是否充足，如果 環(huán)境能量充足，執(zhí)行步驟S1;如果環(huán)境能量不充足，執(zhí)行步驟S13;
S16:后備能源供給模塊中的能量耗盡后，無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能 量供給裝置進入死機狀態(tài)；
S17:無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置死機狀態(tài)后，如果環(huán)境能 量又一次充足，執(zhí)行步驟S1，無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置利用 環(huán)境能量再次啟動；如果環(huán)境能量不充足，則無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能 量供給裝置繼續(xù)步驟S16的處于死機狀態(tài)；
以上步驟周而復始，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動供電。
具體實施如圖l所示
(白天)啟動整個系統(tǒng)，太陽能電池板開始采集能量，并為第一層
級的超級電容器充電，此時由于兩級超級電容構(gòu)成的能量存儲模塊2的 能量無法滿足系統(tǒng)的能量消耗，因此系統(tǒng)現(xiàn)由鋰電池提供能量。
微控制器42 (MCU)通過監(jiān)控每一級能量存儲模塊2、后備能源供 給模塊3鋰電池的電壓以判斷其能量狀態(tài)，以及后備能源供給模塊3的 能量大小的狀態(tài)；_
當?shù)谝粚蛹壍某夒娙荼怀錆M能量后，由微控制器42 (MCU)控制 開關(guān)模塊41，切換到下一層級的超級電容繼續(xù)存儲能量，同時使第一級 能量存儲模塊2為系統(tǒng)供電，并切斷后備能源供給模塊3給系統(tǒng)的供電 通路。
第二級超級電容被充滿，重新為第一級超級電容充電； 隨時監(jiān)控鋰電池，根據(jù)能量狀態(tài)，為其補充能量，盡可能隨時保持 滿能量狀態(tài)；
在夜間無光照情況下，則使用超級電容中的能量，兩級超級電容中 的能量足夠系統(tǒng)度過夜間。白天有光照后，繼續(xù)采集能量，為超級電容補充能量，兩級超級電 容一級補充能量時，另一級為系統(tǒng)供電，基本可以不用鋰電池的能量。
鋰電池的能量足夠系統(tǒng)工作幾個月，因此可以使系統(tǒng)渡過雨季。即 使系統(tǒng)死機，等待環(huán)境能量豐富后，又可以利用環(huán)境能量重新啟動。以 上步驟周而復始，即可實現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)供電。
以上所述僅為本發(fā)明較佳的主要實施過程而己，并非用來限定本發(fā) 明的實施范圍；凡是依本發(fā)明所作的等效變化與修改，皆為本發(fā)明專利
保護范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1、 一種無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置，其特征在于，包括能量挖掘模塊(1)、能量存儲模塊(2)、后備能源供給模塊(3)和能量管理控制模塊(4)，其中能量挖掘模塊(1)，用于采集環(huán)境中的能量，能量挖掘模塊輸出的能量由能量管理控制模塊(4)進行管理；能量存儲模塊(2)，用于存儲能量挖掘模塊采集到的能量；后備能源供給模塊(3)，用于在環(huán)境能量不滿足系統(tǒng)能量消耗的情況下負責系統(tǒng)的能量供給，實現(xiàn)無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供應；能量管理控制模塊(4)，用于控制能量存儲模塊(2)和后備能源供給模塊(3)為系統(tǒng)供電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供給裝置，其特征在于，所述的能 量挖掘模塊(1)是采用將各種形式的環(huán)境能源轉(zhuǎn)化為電能的模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供給裝置，其特征在于，所述的能 量存儲模塊(2)有一個或多個層次，根據(jù)具體需要確定層次的數(shù)目，每 個層次的能量存儲模塊(2)分別給系統(tǒng)供電，每個層次的能量存儲模塊(2)能重復儲存和釋放能量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供給裝置，其特征在于，所述的后 備能源供給模塊(3)是長期保持自身能量的模塊，即在不使用后備能源 供給模塊中的能量時，后備能源供給模塊(3)中的能量重復為自身補充 能量。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供給裝置，其特征在于，所述的能 量管理控制模塊(4)監(jiān)控能量存儲模塊(2)和后備能源供給模塊(3) 的能量狀況，根據(jù)監(jiān)控所得的能量狀況數(shù)據(jù)，控制能量存儲模塊(2)和 后備能源供給模塊(3)給系統(tǒng)供電。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量供給裝置，其特征在于，所述的能 量管理控制模塊(4)的能量狀態(tài)監(jiān)控端I/O分別與能量存儲模塊(2)和后備能源供給模塊(3)的被監(jiān)控輸出端連接，用于監(jiān)控能量存儲模塊 (2)和后備能源供給模塊(3)的能量，根據(jù)監(jiān)控所得的能量數(shù)據(jù)，自 動控制能量存儲模塊(2)和后備能源供給模塊(3)給系統(tǒng)供電；所述的能量管理控制模塊(4)包括開關(guān)模塊(41)和微控制器(42)，開 關(guān)模塊(41)的一輸入端與微控制器(42)的幵關(guān)控制端I/0連接，用 于控制開關(guān)模塊(41)的閉合和斷開。
7、 一種無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給的方法，其特征在于，步驟如下能量采集步驟利用能量挖掘模塊采集環(huán)境中的能量，將其轉(zhuǎn)化為 電能；能量存儲步驟將電能存儲到能量存儲模塊中；能量供給步驟利用能量管理控制模塊監(jiān)控能量存儲模塊和后備能源供給模塊的能量狀態(tài)，根據(jù)監(jiān)控能量狀態(tài)得到的數(shù)據(jù)控制能量供給系 統(tǒng)為無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點供電。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述能量采集步驟 還包括Sl:啟動能量供給系統(tǒng)；S2:當能量存儲模塊中能量無法滿足能量供給系統(tǒng)以及傳感器節(jié)點 的能量消耗時，先由后備能源供給模塊為系統(tǒng)提供能量；S3:能量挖掘模塊開始采集環(huán)境能量。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述能量供給步驟還包括Sl:為能量存儲模塊存儲能量；S2:能量管理控制模塊監(jiān)控每一級能量存儲模塊以及后備能源供給 模塊的能量大小狀態(tài)；S3:由能量管理控制模塊監(jiān)測到某級能量存儲模塊是否被充滿能量； 如果被充滿，執(zhí)行步驟S4;如果沒有被充滿，則執(zhí)行步驟S1;S4:—旦有任何一級能量存儲模塊被充滿，則由能量管理控制模塊控 制被充滿的能量存儲模塊為系統(tǒng)供電，減少使用后備能源供給模塊中的S5:由能量管理控制模塊控制，為沒有充滿能量的能量存儲模塊補充 能量；S6判斷所有能量存儲模塊是否被充滿能量，如果有被充滿能量，執(zhí) 行步驟S7;如果有未被充滿能量，執(zhí)行步驟S5;S7由能量管理控制模塊控制，使能量挖掘模塊為任一層級的能量存 儲模塊存儲能量；S8:實時監(jiān)控后備能源供給模塊的能量，如果能量不是滿狀態(tài)，執(zhí)行 步驟S9，對后備能源供給模塊實施補充能量，使后備能源供給模塊始終 保持滿能量狀態(tài)；如果能量是滿狀態(tài)，則直接執(zhí)行步驟S10; S10:當環(huán)境能量稀缺時，則消耗能量存儲模塊中的能量； Sll:判斷能量存儲模塊中的能量是否消耗完畢，如果能量消耗完畢，執(zhí)行步驟13;如果能量未消耗完畢，則執(zhí)行步驟12;S12:能量存儲模塊中的能量未消耗完畢，判斷環(huán)境能量是否充足； 如果環(huán)境能量充足，執(zhí)行步驟S1;如果環(huán)境能量不充足，執(zhí)行步驟S10;S13:能量存儲模塊中的能量消耗完畢，使用后備能源供給模塊中的 能量；S14:判斷后備能源供給模塊中的能量是否耗盡，如果是耗盡，則執(zhí) 行步驟S16;如果沒耗盡，則執(zhí)行步驟S15;S15:能源供給模塊中的能量未耗盡，判斷環(huán)境能量是否充足，如果 環(huán)境能量充足，執(zhí)行步驟S1;如果環(huán)境能量不充足，執(zhí)行步驟S13;S16:后備能源供給模塊中的能量耗盡后，無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能 量供給裝置進入死機狀態(tài)；S17:無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置死機狀態(tài)后，如果環(huán)境能 量又一次充足，執(zhí)行步驟S1，無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置利用 環(huán)境能量再次啟動；如果環(huán)境能量不充足，則無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能 量供給裝置繼續(xù)步驟S16的處于死機狀態(tài)；以上步驟周而復始，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動供電。全文摘要
本發(fā)明公開一種無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給裝置和方法，裝置由能量挖掘模塊、能量存儲模塊、后備能源供給模塊以及能量管理控制模塊構(gòu)成。方法步驟如下能量挖掘模塊負責從環(huán)境中采集能量，能量存儲模塊存儲能量挖掘模塊從環(huán)境中采集的能量，后備能源供給模塊提供當環(huán)境能源無法滿足系統(tǒng)能量消耗時的能量供應，能量管理控制模塊負責控制能量存儲模塊以及后備能源供給模塊向系統(tǒng)提供能量。本發(fā)明實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能量供給，可以大大延長無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的能量供給系統(tǒng)的壽命，降低其成本，增加無線網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的布設靈活性。
文檔編號H02J9/00GK101286853SQ20071006533
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者張玉國, 震 方, 湛 趙, 鵬 郭 申請人:中國科學院電子學研究所