本發(fā)明屬于電子領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微能量采集的混合供電方法、裝置及微能量供電器。

背景技術(shù)：

隨著智能化的發(fā)展，越來越多的智能化傳感器、控制器以及通信網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于各種復(fù)雜的環(huán)境中，并且隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在供電需求上會(huì)優(yōu)先考慮采用應(yīng)用環(huán)境中的清潔能源供電的設(shè)計(jì)方案。特別是對(duì)于一些微弱功耗的無線傳感器、藍(lán)牙、低功耗的無線執(zhí)行器等設(shè)備，由于這些應(yīng)用設(shè)備體積小、功耗低，因此選擇采集環(huán)境中的微能量供電最為環(huán)保方便。

然而，現(xiàn)有的低功耗通信設(shè)備或智能終端通常采用單一的清潔能源供電，例如太陽能、風(fēng)能、流體能量等，由于應(yīng)用環(huán)境的局限性和不確定性，特別是對(duì)于一些環(huán)境中的微能量，常常出現(xiàn)能量采集不穩(wěn)定、不持久的情況，從而導(dǎo)致了在環(huán)境中的清潔能源采集量低下時(shí)，難以保障智能設(shè)備全天候穩(wěn)定的工作，影響設(shè)備應(yīng)用的持續(xù)性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，還可能由于設(shè)備斷電造成不可估量的損失和嚴(yán)重后果，同時(shí)也大大的降低了設(shè)備在各種環(huán)境中的可用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種基于微能量采集的混合供電方法，旨在解決現(xiàn)有設(shè)備使用單一的環(huán)境能源供電，由于環(huán)境能量采集不穩(wěn)定導(dǎo)致用電設(shè)備可靠性差、持續(xù)性差的問題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于微能量采集的混合供電方法，所述方法包括下述步驟：

采集微能量，并將采集到的微能量儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存單元中；

能量存儲(chǔ)單元在達(dá)到啟動(dòng)電量后喚醒或啟動(dòng)系統(tǒng)；

系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入省電模式，并切換為備用儲(chǔ)能單元供電；

通過微能量采集到的能量供電給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

在完成數(shù)據(jù)傳遞后系統(tǒng)進(jìn)入省電模式，并切換為備用儲(chǔ)能單元供電。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于，提供一種基于微能量采集的混合供電裝置，所述裝置包括：

采集單元，用于采集微能量，并將采集到的微能量儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存單元中，能量存儲(chǔ)單元在達(dá)到啟動(dòng)電量后喚醒或啟動(dòng)系統(tǒng)；

數(shù)據(jù)交互單元，用于喚醒系統(tǒng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述數(shù)據(jù)交互單元通過微能量采集到的能量供電；

電源切換單元，用于系統(tǒng)啟動(dòng)后以及完成數(shù)據(jù)傳遞后控制系統(tǒng)進(jìn)入休眠，并切換為備用電池為休眠供電。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于，提供一種包括上述基于微能量采集的混合供電裝置的微能量供電器。

本發(fā)明實(shí)施例采用環(huán)境能量采集為主要供電，化學(xué)電池為輔助的混合供電方式來保證設(shè)備的全天候工作的。以超低功耗的mcu作為控制中心，輔以執(zhí)行電路，匹配收集多種微弱的環(huán)境能量，為設(shè)備提供可靠的，全天候的電能供應(yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電方法的流程結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電方法中步驟s104的流程結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電方法中步驟s202的流程結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電裝置中數(shù)據(jù)交互單元的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明實(shí)施例采用環(huán)境能量采集為主要供電，化學(xué)電池為輔助的混合供電方式來保證設(shè)備的全天候工作的。以超低功耗的mcu作為控制中心，輔以執(zhí)行電路，匹配收集多種微弱的環(huán)境能量，為設(shè)備提供可靠的，全天候的電能供應(yīng)。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電方法的流程結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，本方法可以應(yīng)用在光能、風(fēng)能、流體能量以及壓力動(dòng)能的供電控制，尤其適用于多種電量較小的微安級(jí)的微能量供電的切換控制。

該基于微能量采集的混合供電方法包括下述步驟：

步驟s101，采集微能量，并將采集到的微能量儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存單元中；

在本發(fā)明實(shí)施例中，采集的微能量包括：光能、風(fēng)能、流體能量、壓力動(dòng)能、溫差能以及磁力能量，其中的一種或多種。

例如，該微能量采集可以只采集壓力動(dòng)能一種微能量，也可以采集光能和壓力動(dòng)能等多種微能量。

在本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)不同的使用環(huán)境選擇不同的能量來源，針對(duì)不同類型的能量來源采用不同的收集策略進(jìn)行能量收集，例如，在光線能夠得到保證的情況下，可以使用太陽板和儲(chǔ)能器件的方式采集能量的方式供給系統(tǒng)。比如無線門鈴等戶外或固定位置有光環(huán)境的設(shè)備上。在移動(dòng)的設(shè)備上可以使用干電池加壓力能量收集的方式，既保證了設(shè)備的可用性，也解決了免維護(hù)性。

具體地，能量儲(chǔ)存單元可以采用較大容量的電容實(shí)現(xiàn)以滿足啟動(dòng)系統(tǒng)的能量需求。

進(jìn)一步地，采集微能量的步驟具體為：根據(jù)當(dāng)前環(huán)境選擇采集模式，并按照采集模式進(jìn)行微能量采集；

該采集模式包括：雙向交流采集模式和單向直流采集模式。

在本發(fā)明實(shí)施例中，雙向交流采集模式可以針對(duì)壓力動(dòng)能的采集，其中壓力換能板將壓力動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，由于壓力是隨機(jī)發(fā)生，并且是大動(dòng)態(tài)的范圍、高電壓、弱電流的交流能量，因此需要通過快速的整流和能量收集。

壓力換能板將產(chǎn)生的電能通過io口進(jìn)入mcu檢測，當(dāng)檢測到輸入到a口的值為高，b口的值為低時(shí)，那么，迅速的把a(bǔ)口的上拉mos管，b口的下拉mos管打開，完成收集正向輸入的電能采集，把能量轉(zhuǎn)存到系統(tǒng)的vcc電容(能量儲(chǔ)存單元)上；當(dāng)檢測到輸入到b口的值為高，a口的值為低時(shí)，同樣，迅速的把a(bǔ)口的上拉mos管，b口的下拉mos管打開，把反向的電能采集到電源vcc中，完成交流電流的整流與雙向采集。

當(dāng)采集持續(xù)微弱的能量時(shí)，當(dāng)采集的輸入電壓低于可以采集利用的能量點(diǎn)時(shí)，切斷能量采集系統(tǒng)工作，等待當(dāng)輸入電壓高于可利用的點(diǎn)時(shí)，重新開始采集能量。

在本發(fā)明實(shí)施例中，單向直流采集模式可以針對(duì)太陽能采集，由于太陽能板輸出的是持續(xù)的小電流，所以需要直接把能量采集到vcc的電容里，并且需要一個(gè)高隔斷的開關(guān)來保證最大限度的收集到能量而不泄漏，在太陽能板上的能量大到可以利用時(shí)(通過電壓點(diǎn)判別的方式確定是否可以利用)，打開mos管開關(guān)，采集能量，當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)值時(shí)，為了避免能量反灌，關(guān)閉mos管開關(guān)，切斷太陽能板與能量儲(chǔ)存單元的聯(lián)系。

步驟s102，能量存儲(chǔ)單元在達(dá)到啟動(dòng)電量后喚醒或啟動(dòng)系統(tǒng)；

優(yōu)選地，為了加快啟動(dòng)，降低啟動(dòng)能耗，也可以通過芯片的rom或者flash啟動(dòng)系統(tǒng)，不需要裝載相關(guān)的程序，把ram數(shù)據(jù)保存在不需要維持電流的fram之類的存儲(chǔ)器件中，這樣就不需要維持電流，直接吸取壓力產(chǎn)生的能量，把數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙、無線通信協(xié)議把數(shù)據(jù)發(fā)射出去。

步驟s103，系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入省電模式，并切換為備用儲(chǔ)能單元供電；

作為本發(fā)明一實(shí)施例，省電模式可以是休眠模式也可以是采用工作頻率很低的低功耗模式。備用儲(chǔ)能單元可以是干電池，也可以是電容或充電電池等儲(chǔ)能設(shè)備。當(dāng)能量儲(chǔ)存單元和備用儲(chǔ)能單元均為儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)也可以復(fù)用以減少硬件設(shè)置。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在省電模式下，按照休眠的電流1-2ua來計(jì)算，一個(gè)2032270mah的干電池可以使用30年，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的免維護(hù)。

步驟s104，通過微能量采集到的能量供電給系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

在本發(fā)明實(shí)施例中，以無電池?zé)o線壓力傳感器為例進(jìn)行說明，當(dāng)震動(dòng)發(fā)生時(shí)，收集能量壓力傳遞過來的電能，并轉(zhuǎn)存在電容里，當(dāng)電容的電壓達(dá)到發(fā)送數(shù)據(jù)的功耗需求時(shí)，由電容供電，根據(jù)通信指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

步驟s105，在完成數(shù)據(jù)傳遞后系統(tǒng)進(jìn)入省電模式，并切換為備用儲(chǔ)能單元供電。

在本發(fā)明實(shí)施例中，多種形式的電能之間的供電切換與數(shù)據(jù)通信分別采用獨(dú)立的通信通道，并且數(shù)據(jù)通信還可以采用看門狗監(jiān)控，以保證系統(tǒng)最大效率、可靠的工作。

本發(fā)明實(shí)施例采用環(huán)境能量采集為主要供電，化學(xué)電池為輔助的混合供電方式來保證設(shè)備的全天候工作的。以超低功耗的mcu作為控制中心，輔以執(zhí)行電路，匹配收集多種微弱的環(huán)境能量，為設(shè)備提供可靠的，全天候的電能供應(yīng)。

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電方法中步驟s104的流程結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

步驟s104的步驟具體為：

步驟s201，將采集到的微能量暫存在能量暫存單元中；

步驟s202，將系統(tǒng)從省電模式中喚醒，并將備用儲(chǔ)能單元供電切換為能量暫存單元供電；

步驟s203，根據(jù)接收到的通信指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

在步驟s203中，通信指令接收到之后，需要等到能量暫存單元中有足夠的能量后才執(zhí)行通信指令。

在本發(fā)明實(shí)施例中，能量暫存單元中的能量不被長期保存，達(dá)到能執(zhí)行數(shù)據(jù)交互的供電需求時(shí)就用掉。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，步驟s202的步驟具體為：

步驟s301，通過能量暫存單元的電量拉高電源線上的電壓；

步驟s302，識(shí)別到電源線上電壓升高后喚醒系統(tǒng)；

步驟s303，將高電位的能量暫存單元作為當(dāng)前供電。

在本發(fā)明實(shí)施例中，由于使用兩個(gè)以上的電源，根據(jù)電源性能不同可以分為瞬時(shí)采集的大電能、持續(xù)采集的微小電能和干電池儲(chǔ)存的電能，將瞬時(shí)采集的大電能作為數(shù)據(jù)交互的供電設(shè)置，將持續(xù)采集的微小電能和、或干電池儲(chǔ)存的電能作為省電模式下的供電設(shè)置。

在省電模式下，可以通過低功耗ldo(lowdropoutregulator，低壓差線性穩(wěn)壓器)將備用儲(chǔ)能單元的電壓轉(zhuǎn)換為高于系統(tǒng)工作電壓的電壓點(diǎn)作為電源線的電壓供電。

當(dāng)另一個(gè)瞬時(shí)采集的大電能進(jìn)來的時(shí)候，它會(huì)拉高電源線上的電壓，這時(shí)處理單元通過io口喚醒系統(tǒng)后，檢測電源線上的電壓變化，由于這時(shí)瞬時(shí)采集的大電能的電壓高于備用儲(chǔ)能單元(干電池)的供電電壓，高電勢(shì)差的電源就替代干電池電源成為主供電電源，完成多電源無縫切換。

作為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，還可以在步驟s203之前包括下述步驟：

步驟s401，接收并判斷通信指令的通信等級(jí)；

在通信等級(jí)為高時(shí)，執(zhí)行步驟s402，通過電源線上的電壓判斷當(dāng)前采集電量是否滿足通信供電需求；

若是，則執(zhí)行步驟s203；

若否，則執(zhí)行步驟s403，切換到所述備用儲(chǔ)能單元供電，再執(zhí)行步驟s203；

在通信等級(jí)為低時(shí)，執(zhí)行步驟s404，監(jiān)控電源線上的電壓變化，并通過電源線上的電壓判斷當(dāng)前采集電量，當(dāng)當(dāng)前采集電量滿足通信供電需求時(shí)，執(zhí)行步驟s203。

在本發(fā)明實(shí)施例中，若通信等級(jí)為高，例如報(bào)警指令，即使當(dāng)前能量暫存單元中沒有足夠的能量，也可以切換到備用儲(chǔ)能單元供電，執(zhí)行通信指令；若通信等級(jí)為低，例如數(shù)據(jù)傳輸指令，則需要繼續(xù)等待能量暫存單元中有足夠的能量后才執(zhí)行通信指令。

下面以藍(lán)牙遙控器為例，說明其協(xié)同工作的過程：

在藍(lán)牙無電池的遙控器中，選用一個(gè)太能板產(chǎn)生的電來維持系統(tǒng)在省電模式時(shí)的工作電流(當(dāng)然能板它不是必須，在一些不需要待機(jī)模式的無線系統(tǒng)中，直接用壓電能直接喚醒收集系統(tǒng)，打開無線發(fā)射數(shù)據(jù)。)，當(dāng)壓力發(fā)生時(shí)，通過采集單元把能量轉(zhuǎn)為直流，用小電容濾掉尖峰電壓，再把電直接供給藍(lán)牙芯片，藍(lán)牙喚醒后打開無線系統(tǒng)，把數(shù)據(jù)發(fā)射出去，完成通信。

由于藍(lán)牙芯片啟動(dòng)時(shí)由于需要裝載整個(gè)藍(lán)牙協(xié)議棧，需要大量的能量來啟動(dòng)它。這個(gè)能量大，導(dǎo)致一般太陽能，壓力產(chǎn)生的電不足以完成這個(gè)工作，因而需要一個(gè)可充電的電池作為后備來完成系統(tǒng)啟動(dòng)，也就是通過太陽能板先把能量存儲(chǔ)到充電池里面，等能量積累到可以啟動(dòng)藍(lán)牙芯片的時(shí)候，再打來藍(lán)牙，把芯片啟動(dòng)起來。

也可以通過減少加載程序優(yōu)化，將程序大部分固化在rom里面，啟動(dòng)的時(shí)候只需裝載很小一部分的主程序，這樣就可以在極短的時(shí)間內(nèi)把系統(tǒng)啟動(dòng)起來，這樣就能把上電啟動(dòng)的能量做到了最小化，達(dá)到無后備能量也可以啟動(dòng)起來。

芯片啟動(dòng)后進(jìn)入睡眠模式，以極低的功耗模式運(yùn)行，用極小的能量維持小量ram中的數(shù)據(jù)運(yùn)行即可，通常在1ua以下的電流就可以了。也可以把ram的數(shù)據(jù)運(yùn)行在不需要維持電流的fram之類的存儲(chǔ)器件中，做到無電池待機(jī)。

當(dāng)按鍵按下時(shí)(壓力動(dòng)能)，壓電片受到形變產(chǎn)電能，電能喚醒睡眠中的芯片，芯片啟動(dòng)后利用壓電中的電能進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，該數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)機(jī)根據(jù)以下方法確定：

掃描按鍵，確定按鍵位置；

收集壓電能量板的能量。

壓電片上的能量經(jīng)過整流后進(jìn)入一個(gè)小電容進(jìn)行暫存，當(dāng)電容的電量上升的一個(gè)電壓點(diǎn)(3.5v)后，這個(gè)電壓選取要根據(jù)壓電片的面積，按鍵行程，芯片最佳工作電壓，工作電壓范圍，發(fā)射時(shí)電流，時(shí)間，電容大小等綜合計(jì)算，再根據(jù)實(shí)際情況測算確定。芯片啟動(dòng)無線發(fā)射，把按鍵數(shù)據(jù)發(fā)射出去。

數(shù)據(jù)發(fā)射完成后，系統(tǒng)進(jìn)入休眠，等待下一次的喚醒。

在本發(fā)明實(shí)施例中，由于壓力按鍵的電量具有時(shí)間性，也就是手按鍵的電能量是一個(gè)波峰型的能量分布，也就是在這個(gè)過程中，無線發(fā)射最需要電的時(shí)機(jī)要把握好，也就是要在上升的過程中開始啟動(dòng)發(fā)射，在波峰的時(shí)候發(fā)射無線信號(hào)。也就是在能量最多的時(shí)候做大功耗任務(wù)，才能最有效的完成數(shù)據(jù)的發(fā)射。在最高功率點(diǎn)也是最有力的時(shí)間點(diǎn)，如果偏離了這個(gè)時(shí)間，就會(huì)降低用戶的感受度，提前了，就會(huì)感覺按鍵手感不好，在下按的啟動(dòng)過程中，由于突然把壓電片的能量全部提前取走了，相當(dāng)于壓電片短路了，直接產(chǎn)生一個(gè)比較大的阻力，需要一個(gè)大的往下按的力，導(dǎo)致手感直接變差，如同按在一個(gè)鐵板上，導(dǎo)致按鍵的手感硬。如果滯后了，導(dǎo)致電量不充分，發(fā)射就有可能失敗，也導(dǎo)致按鍵沒有手感，比較松軟。

電容大小要根據(jù)每次壓力產(chǎn)生的電量，芯片使用的最佳工作電壓時(shí)消耗的電能進(jìn)行測算，比如每發(fā)射一次需要的能量是1uc，芯片的最佳工作電壓是3.3v。最低工作電壓是2.4v這樣根據(jù)在3.5v到2.6v的這個(gè)范圍要保存能量是要保證芯片能正常啟動(dòng)跑到系統(tǒng)準(zhǔn)備發(fā)射那個(gè)時(shí)間點(diǎn)，在發(fā)射時(shí)，通過壓電片，電容共同供電給系統(tǒng)。保證數(shù)據(jù)交互完成。在這里最好的方式是通過壓電換能器的電來做為數(shù)據(jù)通信供電，備用儲(chǔ)能單元作為待機(jī)或睡眠供電。因?yàn)榘存I的力度，速度都會(huì)不一樣，導(dǎo)致產(chǎn)生的電就不一樣，就會(huì)發(fā)生很多時(shí)候電不夠發(fā)射，或者電太多了損壞芯片。

本發(fā)明實(shí)施例可以將光能、壓力能、溫差能等通過對(duì)應(yīng)的換能器件轉(zhuǎn)為電能后，再通過能量采集mcu把能量收集到電容器，或者暫存在儲(chǔ)能器件里面，同時(shí)喚醒或者打開無線系統(tǒng)，把采集到的按鍵信息，或者傳感器獲取到的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射出去，完成數(shù)據(jù)交互。以超低功耗的mcu作為處理單元輔以執(zhí)行電路進(jìn)行電源切換控制，匹配收集多種微弱的環(huán)境能量，為設(shè)備提供可靠的，全天候的電能供應(yīng)。

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的混合供電裝置的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，該基于微能量采集的混合供電裝置包括：

采集單元11，用于采集微能量，并將采集到的微能量儲(chǔ)存在能量儲(chǔ)存單元21中，能量存儲(chǔ)單元在達(dá)到啟動(dòng)電量后喚醒或啟動(dòng)系統(tǒng)22；

在本發(fā)明實(shí)施例中，微能量采集可以采集一種微能量，也可以采集多種微能量。

優(yōu)選地，該采集單元11包括一采集模式選擇單元，用于根據(jù)當(dāng)前環(huán)境選擇采集模式，并按照采集模式進(jìn)行微能量采集；

采集模式包括：雙向交流采集模式和單向直流采集模式。

在本發(fā)明實(shí)施例中，雙向交流采集模式可以針對(duì)壓力動(dòng)能的采集，其中壓力換能板將壓力動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，由于壓力是隨機(jī)發(fā)生，并且是大動(dòng)態(tài)的范圍、高電壓、弱電流的交流能量，因此需要通過快速的整流和能量收集。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，采集單元11在壓力環(huán)境中采用雙向交流采集模式，可以包括：壓力換能板和mcu，壓力換能板將產(chǎn)生的電能通過io口進(jìn)入mcu檢測，當(dāng)檢測到輸入到a口的值為高，b口的值為低時(shí)，那么，迅速的把mcu中a口的上拉mos管，b口的下拉mos管打開，完成收集正向輸入的電能采集，把能量轉(zhuǎn)存到系統(tǒng)的vcc電容(能量儲(chǔ)存單元)上；當(dāng)檢測到輸入到b口的值為高，a口的值為低時(shí)，同樣，迅速的把a(bǔ)口的上拉mos管，b口的下拉mos管打開，把反向的電能采集到電源vcc中，完成交流電流的整流與雙向采集。

當(dāng)采集持續(xù)微弱的能量時(shí)，當(dāng)采集的輸入電壓低于可以采集利用的能量點(diǎn)時(shí)，切斷能量采集系統(tǒng)工作，等待當(dāng)輸入電壓高于可利用的點(diǎn)時(shí)，重新開始采集能量。

在本發(fā)明實(shí)施例中，單向直流采集模式可以針對(duì)太陽能采集，由于太陽能板輸出的是持續(xù)的小電流，所以需要直接把能量采集到vcc的電容里，并且需要一個(gè)高隔斷的開關(guān)來保證最大限度的收集到能量而不泄漏，在太陽能板上的能量大到可以利用時(shí)(通過電壓點(diǎn)判別的方式確定是否可以利用)，打開mcu中mos管開關(guān)，采集能量，當(dāng)?shù)陀陬A(yù)設(shè)值時(shí)，為了避免能量反灌，關(guān)閉mos管開關(guān)，切斷太陽能板與能量儲(chǔ)存單元的聯(lián)系。

當(dāng)然，采集單元11也可以同時(shí)包括壓力換能板、太陽能電池板和mcu，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境選擇雙向交流采集模式或單向直流采集模式。

為了加快啟動(dòng)，降低啟動(dòng)能耗，可以在啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，加載特定主程序，其他程序固化于rom或flash中。

數(shù)據(jù)交互單元12，用于喚醒系統(tǒng)22并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)交互單元12通過微能量采集到的能量供電；

以無電池?zé)o線壓力傳感器為例進(jìn)行說明，當(dāng)震動(dòng)發(fā)生時(shí)，收集能量壓力傳遞過來的電能，并轉(zhuǎn)存在電容里，當(dāng)電容的電壓達(dá)到發(fā)送數(shù)據(jù)的功耗需求時(shí)，由電容供電，根據(jù)通信指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

在本發(fā)明實(shí)施例中，多種形式的電能之間的供電切換與數(shù)據(jù)通信分別采用獨(dú)立的通信通道，并且數(shù)據(jù)通信還可以采用看門狗監(jiān)控，以保證系統(tǒng)最大效率、可靠的工作。

電源切換單元13，用于系統(tǒng)22啟動(dòng)后以及完成數(shù)據(jù)傳遞后控制系統(tǒng)進(jìn)入休眠，并切換為備用電池23為休眠供電。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，省電模式可以是休眠模式也可以是采用工作頻率很低的低功耗模式。備用儲(chǔ)能單元可以是干電池，也可以是電容或充電電池等儲(chǔ)能設(shè)備。當(dāng)能量儲(chǔ)存單元和備用儲(chǔ)能單元均為儲(chǔ)能設(shè)備時(shí)也可以復(fù)用以減少硬件設(shè)置。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在省電模式下，按照休眠的電流1-2ua來計(jì)算，一個(gè)2032270mah的干電池可以使用30年，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的免維護(hù)。

圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于微能量采集的電源管理裝置中數(shù)據(jù)交互單元的結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，數(shù)據(jù)交互單元12包括：

能量暫存單元121，用于暫存采集到的微能量；

在本發(fā)明實(shí)施例中，能量暫存單元中的能量不被長期保存，達(dá)到能執(zhí)行數(shù)據(jù)交互的供電需求時(shí)就用掉。

處理單元122，用于喚醒系統(tǒng)，并將備用電池供電切換為所述能量暫存單元供電，以及識(shí)別當(dāng)前指令，并根據(jù)當(dāng)前指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通信指令接收到之后，需要等到能量暫存單元中有足夠的能量后才執(zhí)行通信指令。

電源切換在休眠狀態(tài)，通過低功耗ldo將備用電池電壓轉(zhuǎn)換為高于系統(tǒng)工作電壓的電壓點(diǎn)作為電源線的電壓，以提供休眠供電；

能量暫存單元拉高電源線上的電壓，處理單元識(shí)別到電源線上電壓升高后喚醒系統(tǒng)，將高電位的能量暫存單元作為當(dāng)前供電。

進(jìn)一步地，處理單元122包括：

識(shí)別單元1221，用于識(shí)別當(dāng)前指令；

監(jiān)控單元1222，用于監(jiān)控電源線上的電壓變化，并通過電源線上的電壓判斷當(dāng)前采集電量，當(dāng)當(dāng)前采集電量滿足通信供電需求時(shí)根據(jù)當(dāng)前指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

在本發(fā)明實(shí)施例中，由于使用兩個(gè)以上的電源，根據(jù)電源性能不同可以分為瞬時(shí)采集的大電能、持續(xù)采集的微小電能和干電池儲(chǔ)存的電能，將瞬時(shí)采集的大電能作為數(shù)據(jù)交互的供電設(shè)置，將持續(xù)采集的微小電能和、或干電池儲(chǔ)存的電能作為省電模式下的供電設(shè)置。

在省電模式下，可以通過低功耗ldo(lowdropoutregulator，低壓差線性穩(wěn)壓器)將備用儲(chǔ)能單元的電壓轉(zhuǎn)換為高于系統(tǒng)工作電壓的電壓點(diǎn)作為電源線的電壓供電。

當(dāng)另一個(gè)瞬時(shí)采集的大電能進(jìn)來的時(shí)候，它會(huì)拉高電源線上的電壓，這時(shí)處理單元通過io口喚醒系統(tǒng)后，檢測電源線上的電壓變化，由于這時(shí)瞬時(shí)采集的大電能的電壓高于備用儲(chǔ)能單元(干電池)的供電電壓，高電勢(shì)差的電源就替代干電池電源成為主供電電源，完成多電源無縫切換。

作為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，處理單元122還可以包括通信指令判斷單元，在根據(jù)接收到的通信指令進(jìn)行數(shù)據(jù)交互之前，判斷通信指令的通信等級(jí)，在通信等級(jí)為高時(shí)，通過電源線上的電壓判斷當(dāng)前采集電量是否滿足通信供電需求；若是，則進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；若否，切換到備用儲(chǔ)能單元供電，再進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；

在通信等級(jí)為低時(shí)，監(jiān)控電源線上的電壓變化，并通過電源線上的電壓判斷當(dāng)前采集電量，當(dāng)當(dāng)前采集電量滿足通信供電需求時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

在本發(fā)明實(shí)施例中，若通信等級(jí)為高，例如報(bào)警指令，即使當(dāng)前能量暫存單元中沒有足夠的能量，也可以切換到備用儲(chǔ)能單元供電，執(zhí)行通信指令；若通信等級(jí)為低，例如數(shù)據(jù)傳輸指令，則需要繼續(xù)等待能量暫存單元中有足夠的能量后才執(zhí)行通信指令。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于，提供一種包括上述基于微能量采集的電源管理裝置的微能量供電器。

本發(fā)明實(shí)施例采用環(huán)境能量采集為主要供電，化學(xué)電池為輔助的混合供電方式來保證設(shè)備的全天候工作的。以超低功耗的mcu作為控制中心，輔以執(zhí)行電路，匹配收集多種微弱的環(huán)境能量，為設(shè)備提供可靠的，全天候的電能供應(yīng)。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。