[发明专利]基于射频能量采集的无线结构健康监测节点

权利要求书

1.一种基于射频能量采集的无线结构健康监测节点，其特征在于，该节点包括能量天线模块、能量转换模块、传感器模块以及微处理器模块。能量天线模块由Patch天线构成；能量转换模块由RF-DC能量转换模块、能量存储模块和稳压模块组成；传感器模块包括温度传感器模块和应力度传感器模块；微处理器模块包括微处理器控制模块以及ZigBee无线通信模块。能量天线模块接收空间环境中的电磁波，并与RF-DC能量转换模块相连，能量存储模块分别与RF-DC能量转换模块和稳压模块相连，稳压模块分别与微处理器模块以及传感器模块相连，温度、应力度两个传感器模块以及ZigBee通信模块分别与微处理器控制模块相连。

2.根据权利要求1所述一种基于射频能量采集的无线结构健康监测节点，其特征在于，所述Patch天线采用中心频率为915MHz指向性天线，RF-DC能量转换模块主要由能量转换芯片U1、探针J2组成，能量存储模块主要由超级电容C1、C2和开关S1组成，稳压模块主要由低压差稳压芯片U2、电容C3和C4、电阻R6、发光二极管D1组成，温度传感器模块由温度传感器芯片U5以及电容C21、C20组成，应力度传感器模块主要由应变片U4，运算放大器U6，电阻R5、R7～R11，电容C22～C24组成；其中Patch天线与PCB板上的SMA底座连接，Patch天线信号输出引脚连接至能量转换芯片U1的信号输入引脚，置地引脚直接与PCB板的地线连接；超级电容C2的1脚与2脚分别与拨动开关S1的1号脚连接，超级电容C1的正引脚与拨动开关S1的3脚连接，能量转换芯片U1的能量存储引脚与拨动开关S1的2脚连接，能量转换芯片U1的置地引脚分别与地相连，能量转换芯片U1的输出引脚与探针J2连接；低压差稳压芯片U2的信号输入引脚分别与探针J2、电容C3正极连接，稳压芯片U2的信号输入引脚与使能引脚连接，稳压芯片U2的置地引脚连接至地，稳压芯片U2的信号输出引脚与电容C4相连，电容C4与拨动开关S2的1脚连接，拨动开关S2的2号引脚与排座P1的1脚连接，电阻R6的两端分别与排座P1的2脚和发光二极管D1正极相连；超级电容C1的负引脚、超级电容C2的3脚与4脚、电容C3的负极、电容C4另一端和发光二极管D1负极均接地；

温度传感器芯片U5的第一置地引脚和模拟输出引脚分别与电容C21两端连接，温度传感器芯片U5的模拟输出引脚与微处理器U3的第7通道模拟输入引脚连接，温度传感器芯片U5的供电引脚和第二置地引脚分别与电容C20两端连接，温度传感器芯片U5的供电引脚与S1的2脚连接；第一置地引脚和第二置地引脚均接地；应变片U4的2脚与地连接，1脚分别与R5、R7和仪表放大器U6的信号正输入引脚连接，R5的另一端与可调电阻R8中间端连接，R9一端与可调电阻R8连接，R9另一端与仪表放大器U6的信号负输入引脚连接，R10与仪表放大器U6的信号负输入引脚连接，R7、R8、R10的另一端都与S1的2脚连接，R11的两端分别与仪表放大器U6的参考电阻引脚连接，C22与仪表放大器U6的供电引脚连接，仪表放大器U6的信号输出引脚与微处理器U3的第6通道模拟输入引脚连接，同时与C23和C24的一端连接，仪表放大器U6的负电源引脚、参考电压引脚以及电容C22～C24的另一端与地连接；

所述微处理器模块由微控制器与通信模块集成芯片U3、贴片晶振Y1～Y2、电容C5～C19、电阻R3～R4、电感L1～L3、SMA天线底座J3、排座P2组成；微处理器置地引脚与地相连，时钟信号引脚、信号使能引脚分别与排座P2的6、5脚连接，第7通道模拟输入引脚与温度传感器芯片U5的模拟输出引脚连接，第6通道模拟输入引脚与仪表放大器U6的信号输出引脚连接，复位引脚分别与排座P2的7脚、电容C18以及电阻R4连接，模拟电源引脚分别与钽电容C7正端、电容C6、磁珠L1连接，电容C6、钽电容C7、电容C18的另一端都与地连接，第一高频晶振引脚与晶振Y1的1脚和电容C8连接，第一高频晶振引脚与晶振Y1的2脚和电容C9连接，电容C8、C9的另一端都与地连接，RF信号负引脚与电容C11连接，RF信号正引脚与电容C10连接，电容C10的另一端分别与电感L3、电容C12连接，电容C11的另一端分别与电容C13、电感L2连接，电容C12、电感L2的另一端同时与电容C14连接，电容C14的另一端与SMA天线底座J3连接，偏置电阻引脚与电阻R3连接，电容C13、电感L3、电阻R3的另一端与地连接，第一低频晶振引脚同时与晶振Y2的1脚和电容C15连接，第二低频晶振引脚同时与晶振Y2的2脚和电容C16连接，电容C15、电容C16的另一端都与地连接，时钟调试引脚、数据调试引脚分别与排座P2的3、4脚连接，SPI总线主输入引脚、SPI总线主输出引脚分别与排座P2的9、8脚连接，数字电源引脚同时与电容C17和拨动开关S2的2脚连接，电阻R4、电感L1、C19的另一端都与拨动开关S2的2脚连接，P2的1脚与SMA底座J3的接地脚与地连接，数字电源退耦引脚与电容C5连接，电容C5、电容C19的另一端与地连接。