[智能电网与能源] 无线传感器网络电源智能控制系统方案

[复制链接]

高级工程师

发表于 2015-4-23 10:55:33   1235 查看 1 回复 显示全部楼层 倒序浏览
分享
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种由传感器节点构成的网络,能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息(如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象),并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去,通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。

无线传感器网络大部分是采用电池供电,工作环境通常比较恶劣。而且数量大,更换电池非常困难,所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一。在网络节点有些模块不工作或者处于休眠状态时,就可以将其供电电路断开以节约用电,当有指令将其唤醒时,则接通其供电电路以保证系统的正常工作。这样便可有效节约电能,延长电池的供电时间和使用寿命,同时也保证了整个网络系统的工作质量,延长了使用寿命。

1 系统电源模块硬件设计

本系统电源模块主要对电源检测、电源开关智能控制以及电源转换进行了设计。电路系统硬件构成框图如图1所示。

20110718155106864.jpg

本电源系统各部分主要实现的功能如下:供电电源由2块12 V的铅酸蓄电池串联而成,为系统提供24 V的直流电压;电池检测模块主要是通过对供电电源的输出电压进行取样,以获取蓄电池的电量消耗信息,实时对电池充电以保证整个系统正常稳定的工作;电源各路开关控制模块主要是根据系统负载的工作状态,通过开关控制决定是否为该负载供电,以此来降低待机功耗,延长电池的使用时间;电源变换模块主要用模块DC-DC转换器作为构建单元实现电源电压的转换为负载提供合适的电压。

1.1 电池检测模块电路设计

电池检测模块通过对供电电源输出电压取样来判断蓄电池的电量是否充足。在此将电源输出电压划分为:25 V以上为电池电量满状态、24.2~25 V为电池电量充足状态、23.5~24.2 V为电池正常工作状态、22.8~23.5 V为电池电量不足但尚能工作状态、22.8 V以下为电池不能正常工作状态5个状态,通过状态读取来判断电池能否正常为整个系统供电,决定是否为电池充电,以保证整个系统的正常运行。该模块电路结构如图2所示。

20110718155107599.jpg

该模块电路主要由低压差线性调压器(LMlll7)、取样电阻(R1,R2,R3,R4,R5)、电压比较器(LMl39)、反相器(74HC04)以及编码器(74HCl48)构成。低压差线性调压器LMlll7提供3.3 V的基准电压,与取样电阻所获得的取样电压输入电压比较器LMl39进行比较,再由电压比较器输出的高低电平,经过反相器74HC04输入到编码器74HCl48中进行编码,通过编码器输出的二进制码来反映电池电量信息。

电池电压取样电阻网络是通过取样电阻的组合对电池的输出电压进行分压取样,各电阻端点对应的电池电压状态值分别为:R2对应22.8 V,R3对应23.5 V,R4对应24.2 V,R5对应25 V。当电池输出的电压值等于各个电阻设定的状态值时,则该电阻端取样电压为3.3 V;当电池输出的电压值大于各个电阻设定的状态值时,则该电阻端取样电压大于3.3 V;当电池输出的电压值小于各个电阻设定的状态值时,则该电阻端取样电压小于3.3 V。取样电阻R1,R2,R3,R4,R5的取值可由下面的方程组求得:

20110718155107359.jpg

解得:

20110718155108659.jpg

编码器74HCl48低电平有效,所以在比较器LMl39的后面又接了反相器74HC04,编码器输入/输出的二进制码(真值表)与电池电压的关系如表1所示。

20110718155113926.jpg

1.2 电源各路开关控制模块电路设计

该电源系统各支路的开关控制主要由场效应管构成的开关电路来实现。实现该功能的电路结构如图3所示。

20110718155113376.jpg

场效应管选择了增强型P沟道场效应管IRF9640和增强型N沟道场效应管VN2222L。以场效应管IRF9640作为开关管来控制电路的通和断,以场效应管VN2222L作为开关控制管来控制场效应管IRF9640的开和关。当控制信号输入端输入高电平时,开关电路导通;当控制信号输入端输入低电平时,开关电路断开。经过试验测得:当控制信号电压从0 V逐渐上升到1.8 V时开关导通;当电压从高电平(如3.3 V)逐渐下降到1.8 V时开关断开。此开关电路的性能如图4所示。

20110718155113250.jpg

1.3 电源转换模块电路设计

电源转换电路芯片主要选用的是金升阳公司的DC/DC模块电源并配以78系列三端稳压电源。

DC/DC模块电源产品特点有:宽电压输入(2:1~4:1),效率高达85%,高低温特性好,能满足工业级产品技术要求,工作温度:-40~+85℃,隔离电压1 500 V DC,双输出,金属屏蔽封装,国际标准引脚方式,MTBF>1 000 000 h。

为了确保在满负载条件仍能很好地保持在最佳的工作状态,需要外加电容,为了进一步减少输人/输出纹波,可将输出电容Cout电容值适当加大或选用串联等效阻抗值小的电容器,但电容值不能太大。DC/DC模块电源VRA2412D的输入/输出外接电容分别选择了100μF的电容,WRA2405CS的输入输出外接电容分别选择了22μF和100μF的电容;78系列三端稳压电源据典型电路应用输入输出外接电容分别选择了O.33μF和0.1 μF的电容。

标签:无线传感器

助理工程师

发表于 2015-4-24 05:35:53  
学习了,,,,,,,,,,,
回复

举报

高级模式
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

关闭

站长推荐 上一条 /9 下一条

快速回复 返回顶部 返回列表
-

推荐专区

技术干货集中营

专家问答

方案交易

用户帮助┃咨询与建议┃版主议事

工程师杂谈

项目|工程师创意

招聘|求职}工程师职场

论坛电子赛事

社区活动专版

发烧友活动

-

嵌入式论坛

ARM技术论坛

Android论坛

Linux论坛

单片机/MCU论坛

MSP430技术论坛

FPGA|CPLD|ASIC论坛

STM32/STM8技术论坛

NXP MCU 技术论坛

PIC单片机论坛

DSP论坛

瑞萨单片机论坛

嵌入式系统论坛

-

电源技术论坛

电源技术论坛

无线充电技术

-

硬件设计论坛

PCB设计论坛

电路设计论坛

电子元器件论坛

控制|传感

总线技术|接口技术

-

测试测量论坛

LabVIEW论坛

Matlab论坛

测试测量技术专区

仪器仪表技术专区

-

EDA设计论坛

multisim论坛

PADS技术论坛

Protel|AD|DXP论坛

Allegro论坛

proteus论坛|仿真论坛

EasyEDA-中国人自已的EDA工具

Orcad论坛

-

综合技术与应用

电机控制

智能电网

光电及显示

工程资源中心

汽车电子技术论坛

医疗电子论坛

-

开源硬件

-

无线通信论坛

无线通信技术专区

天线|RF射频|微波|雷达技术

-

IC设计论坛

芯片测试与失效分析

Mixed Signal/SOC[数模混合芯片设计]

Analog/RF IC设计

设计与制造封装测试

-

厂商专区

TI论坛

TI Deyisupport社区

-

检测技术与质量

电磁兼容(EMC)设计与整改

安规知识论坛

检测与认证

-

消费电子论坛

手机技术论坛

平板电脑/mid论坛

音视/视频/机顶盒论坛

-

电子论坛综合区

聚丰众筹官方社区

新人报道区

聚丰供应链

-

论坛服务区

-

供求信息发布

供需广告

电子展览展会专区

芯片求购|供应发布区