一種自供電的無線信號發(fā)射器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及了一種無需電池供電，利用采集環(huán)境中的微小能量的自供電無線信號發(fā)射器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居以及智能建筑領(lǐng)域的不斷發(fā)展，無線射頻傳感器得到了越來越廣泛的應(yīng)用。無線傳感器是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最基本的組成部分，其體積微小，自身攜帶的電池能量有限，不能滿足長期工作需要。在實(shí)際應(yīng)用中，無線傳感器具有數(shù)量多、分布區(qū)域廣、部署環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)。對于人員不能直接到達(dá)的某些區(qū)域，很難通過更換電池的方式獲取能量。
[0003]傳統(tǒng)的射頻傳感器需要家用電或者是電池供電。會導(dǎo)致使用成本增加、引發(fā)嚴(yán)重的污染，尤其是在一些展會、博物館、古街、老式宅院等應(yīng)用場合，如果布線不當(dāng)，甚至容易引發(fā)火災(zāi)。由于微功率傳感器和控制開關(guān)的功耗很小，因而可以考慮通過壓力振動的方式來收集機(jī)械能，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，供微功率傳感器和控制開關(guān)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可以利用環(huán)境中的微小機(jī)械能(如按鈕壓力、振動、重力)的自供電無線信號發(fā)射器。該能量主要指的是利用壓電陶瓷、電磁線圈等能量轉(zhuǎn)化裝置，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。發(fā)射器內(nèi)置電能采集電路，可以利用這微小的電能，對發(fā)射機(jī)供電，從而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本實(shí)用新型包括機(jī)械能轉(zhuǎn)電能模塊、整流電路、儲能電路、電壓變換電路、傳感器單元、微控制單元和射頻發(fā)射單元。
[0007]機(jī)械能轉(zhuǎn)電能模塊是利用電磁感應(yīng)線圈或者是壓電陶瓷片將微小的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。
[0008]電源電路主要由整流電路、儲能電路和電壓變換電路組成，包括雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片Ul、U2、電源管理芯片U3、接插件P1、P2、鉭電容Cl、C2、瓷片電容C3、C4、電感LI。接插件Pl的I腳接外部交流電源電壓的正極輸入，接插件P2的I腳接外部交流電源電壓的負(fù)極輸入；雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片Ul的3腳與接插件Pl的I腳相連，雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片U2的3腳與接插件P2的I腳相連；雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片Ul的2腳與雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片U2的2腳相連并接地；雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片Ul的I腳與雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片U2的I腳、鉭電容C1、C2的陽極相連；鉭電容Cl的陰極、鉭電容C2的陰極接地；電源管理芯片的3腳為電壓輸入端，與瓷片電容C3的一端相連；電源管理芯片的5腳為使能輸入端，與電源管理芯片的3腳相連；電源管理芯片的2腳為開、關(guān)輸出端，與電感LI的一端相連；電源管理芯片的6腳為反饋輸入端，與電感LI的另一端、瓷片電容C4的一端相連，并輸出1.8V的電壓；電源管理芯片的4腳、瓷片電容C3的另一端、瓷片電容C4的另一端接地。
[0009]射頻發(fā)射單元包括射頻芯片U4、晶振Yl、天線E1、電阻R2、瓷片電容C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、電感 L2、L3、L4、L5。射頻芯片 U4 的 I 腳、2 腳、3腳、6腳、7腳、20腳分別與微控制單元中的主控芯片U5的12腳、14腳、10腳、9腳、11腳、13腳相連；射頻芯片U4的8腳、10腳分別與晶振Yl的3腳、I腳相連，晶振Yl的I腳和瓷片電容C19的一端相連，晶振Yl的3腳和瓷片電容C18的一端相連；射頻芯片U4的4腳、5腳、11腳、14腳、15腳、17腳、18腳分別和瓷片電容C20、C7、C11、C10、C9、電阻R2、瓷片電容C8的一端相連；射頻芯片U4的13腳與瓷片電容C12的一端、電感L3的一端相連；射頻芯片U4的12腳與電感L2的一端、瓷片電容C14的一端相連，瓷片電容C13的一端與電感L2的另一端相連；電感L4的一端與電感L3的另一端、瓷片電容C14的另一端、瓷片電容C15的一端、電感L5的一端相連，電感L5的另一端與瓷片電容C16的一端、瓷片電容C17的一端相連，瓷片電容C17的另一端與天線El相連。射頻芯片的4腳、9腳、11腳、14腳、15腳、18腳接1.8V電源；射頻芯片的16腳、19腳、瓷片電容C20、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18、C19、電阻 R2 的另一端接地。
[0010]微控制單元包括主控芯片U5、接插件P3、P4、電阻R1、瓷片電容C5、C6。主控芯片U5的I腳、4腳、5腳、20腳分別和接插件P4的4腳、2腳、I腳、3腳相連；主控芯片U5的11腳、12腳、13腳、14腳、17腳、18腳分別和接插件P3的I腳、2腳、3腳、4腳、5腳、6腳相連；主控芯片U5的11腳、12腳、13腳、14腳分別和射頻芯片U4的7腳、I腳、20腳、2腳相連，從而進(jìn)行SPI通信；主控芯片U5的I腳與電阻R1、電容C5的一端相連；主控芯片U5的5腳與瓷片電容C6的一端相連；主控芯片U5的5腳、接插件P4的I腳、電阻Rl的另一端與
1.8V的電源相連；主控芯片U5的4腳、接插件P4的2腳、瓷片電容C5、C6的另一端接地；主控芯片U5的2腳、3腳、6腳、7腳、8腳、15腳、16腳、19腳懸空。
[0011]雙管串聯(lián)的肖特基二極管芯片Ul、U2采用日本ROHM公司的RB558W，電源管理芯片U3采用TI公司的TPS62231，射頻芯片U4采用TI公司的CC1101，主控芯片U5采用ST公司的 STM8L101F3P6。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型可以有效的將機(jī)械能轉(zhuǎn)電能裝置和無線信號發(fā)射器有效的結(jié)合起來。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，特別是智能家居領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，例如上述兩者的有效結(jié)合使無線無源開關(guān)得以實(shí)現(xiàn)，這將替代傳統(tǒng)的開關(guān)按鈕。無線無源開關(guān)的使用將大量減少線纜布設(shè)、金屬使用、電池更換、污染物排放所帶來的建筑開銷。
[0013]當(dāng)然自供電的無線信號發(fā)射器不局限于在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用，在汽車技術(shù)、工業(yè)檢測領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用。作為傳感器應(yīng)用，例如適合于溫度、壓力、動力和另外測量兩，特別適合于測量汽車輪胎壓力和溫度、輪軸溫度和火車加速度、發(fā)動機(jī)和工業(yè)設(shè)備的溫度、壓力、動力。
[0014]例如，汽車輪胎壓力檢測系統(tǒng)(TirePressure Monitoring System，簡稱 TPMS)，通過輪胎內(nèi)部壓力傳感單元、溫度傳感單元、信號接收和發(fā)送單元，實(shí)現(xiàn)輪胎內(nèi)部壓力和溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)將氣壓信號轉(zhuǎn)換為電信號，并采用無線射頻通信技術(shù)，預(yù)報(bào)欠壓、過壓、溫度過高等情況，減少了汽車中存在的電纜束。
【附圖說明】
[0015]圖1為自供電的無線信號發(fā)射器的整體框圖；
[0016]圖2為自供電的無線開關(guān)的整體框圖；
[0017]圖3為電源管理硬件電路；
[0018]圖4為主控電路；
[0019]圖5為射頻發(fā)射電路。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅用于解釋本實(shí)用新型，而不是用于限定本實(shí)用新型。
[0021]圖1為自供電的無線信號發(fā)射器的整體框圖。自供電的無線信號發(fā)射器的電路部分包括整流電路2、儲能電路3、電壓變換電路4、傳感器單元5、微控制單元6和