[发明专利]一种无线传输系统的能量采集系统

说明书

技术领域

本发明属于电学领域，具体的是涉及一种能量采集电路。

背景技术

射频电磁能量普遍存在于外部自然环境当中，并且能量密度较高，因此射频电磁能量采集是目前能量采集研究领域较为热门的一种能量采集方式。一种由天线、倍压电路和储能电容组成的射频能量采集系统收集周边环境中的射频能量为小功率器件供电。射频能量采集方案使用串联感应线圈对天线和负载电路进行阻抗匹配，之后用采集到的电能为无线传感标签供电。整流电路将射频能量转换为DC电压为无线传感网络供电。近年来，随着物联网技术和无线传感网络的发展，各种类型的传感器件得到越来越广泛的使用，而传感器的供能问题是限制传感器应用范围的主要因素之一。传统的使用电池的传感器具有以下缺点：电池的寿命有限，定期更换电池会对无线传感网络的维护造成不便；在某些特定场合和极端条件下无法更换电池；仿生学的生物植入器件会造成化学不稳定性和容易感染等问题。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种稳定性高、且适用于仿生学生物植入器件的一种无线传输系统的能量采集系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括双调谐阻抗变换网络、整流电路、储能电路、稳压器、放大器、能量存储电路、逆变器、控制器、电能瞬间释放电路、无线传感器收发节点；其特征在于：控制器的输入端口连接放大器、能量存储电路、逆变器；控制器的输出端口连接整流电路、电能瞬间释放电路和无线创拿起收发节点；整流电路的输入端口连接双协调阻抗变换网络，整流电路的输出端口连接储能电路和稳压器。

作为本发明的一种优选方案，所述的控制器为AT89S52单片机。

本发明有益效果。

本发明无线传感系统的接收天线在接收到基站发射的射频电磁波后，通过双调谐阻抗变换网络以高功率传输效率传递给整流电路，整流电路将射频电磁波能量转化为直流电能并存储在能量存储电路中。当能量存储电路中的电能累积到一定水平后，通过电能瞬间释放电路将能量存储电路中的电能瞬间释放出来，从而驱动无线传感器收发节点正常工作。降低了电路自身的能量损耗，提高了天线与负载电路之间的功率传输效率和能量存储电路的充电效率。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

具体实施方式

如图所示，本发明包括双调谐阻抗变换网络、整流电路、储能电路、稳压器、放大器、能量存储电路、逆变器、控制器、电能瞬间释放电路、无线传感器收发节点；其特征在于：控制器的输入端口连接放大器、能量存储电路、逆变器；控制器的输出端口连接整流电路、电能瞬间释放电路和无线创拿起收发节点；整流电路的输入端口连接双协调阻抗变换网络，整流电路的输出端口连接储能电路和稳压器。

作为本发明的一种优选方案，所述的控制器为AT89S52单片机。

在阻抗变换网络达到双谐振状态时，系统的功率传输效率只与负载的阻抗以及次级线圈与初级线圈的匝数比有关。在负载的阻抗为一定值的条件下，要想提高阻抗变换网络的功率传输效率就要使次级线圈与初级线圈的匝数比等于1。在阻抗变换网络达到双谐振状态时，由于电容和电感受分布参数的影响较大，一般不再变动电容、电感值，而是通过提高负载阻抗的方法来使系统达到阻抗匹配的状态。这时的功率传输效率实际上只与负载阻抗有关，阻抗变换网络的功率传输效率会随着负载阻抗的增大，因此不会一直增大，而是在达到一个最大值之后随着负载阻抗的继续增大而减小。这个过程的物理意义是对于整个双调谐阻抗变换网络来说，首先调节阻抗变换网络的参数使它的初级回路和次级回路都达到谐振状态，之后在保持其他参数不变的情况下，调节负载阻抗使阻抗变换网络达到阻抗匹配的状态，这时系统的功率传输效率达到最大。

电能瞬间放电电路是将储能电容储存的电能瞬间释放出去，以较高的功率传输效率为负载供电。它由单端反激式升压电路和脉冲信号发生器组成。储能电容，滤波电容，是整流二极管，负载。电能瞬间释放电路可以在短时间内提高输出功率，从而为负载提供了足够的能量。天线的性能由它的方向性，增益Gant和阻抗Zant共同决定。采用的是单端鞭状半波天线，它属于全向性天线，实际最大增益为3dBi。由于天线具有反射损耗，因此其接受射频电磁波的强弱由散射参数S11决定。基站发射的射频电磁波信号的频率为470MHz，绕组线圈采用铜线，初级线圈的直径和次级线圈的直径都为0.4mm，次级线圈与初级线圈的匝数比n=N2::N1=1:1。双调谐阻抗变换网络的初级回路与次级回路都达到谐振状态。