[发明专利]一种微生物能量捕获的环境监测无线传感器网络节点

权利要求书

1.一种微生物能量捕获的环境监测无线传感器网络节点，其特征在于：包括微生物能量捕获装置(1)、能量收集模块(2)、超级电容器(3)、锂电池(4)、开关电路、无线传感器网络节点和防水外壳(5)，所述微生物能量捕获装置(1)通过能量收集模块(2)与无线传感器网络节点、超级电容器(3)相连，分别用于给无线传感器网络节点供电和超级电容器(3)充电，所述超级电容器(3)两端电压达到放电电压时，超级电容器(3)放电给锂电池(4)充电，所述微生物能量捕获装置(1)的供能不足时，通过锂电池(4)为无线传感器网络节点供电；

所述微生物能量捕获装置(1)以土壤作为微生物的营养媒介，包括反应容器(101)、阳极(102)和阴极(103)，所述反应容器(101)中填充富含有微生物和足够养分的土壤，所述阳极(102)深埋在土壤中，所述阴极(103)放置在土壤表面；

所述反应容器(101)采用圆筒状的聚氯乙烯网格桶，所述阳极(102)采用碳布，所述阴极(103)采用表面均匀涂有一层铂催化剂的碳纸；

所述无线传感器网络节点包括MCU(6)、传感器(7)、信号调理电路(8)、无线收发模块(9)和射频天线，所述传感器(7)为分别用于测量土壤的含水量和PH值的土壤湿度传感器和土壤PH值传感器，所述传感器(7)采集到的信息经过信号调理电路(8)进行AD转换和放大处理后由MCU(6)控制无线收发模块(9)通过射频天线将土壤信息发送至邻近的汇聚节点，汇聚节点将信息发送给监测中心供监测人员分析湿地土壤环境状况；

所述能量收集模块(2)包括变压器和DC/DC变换芯片，所述变压器将微生物能量捕获装置(1)产生的电压提升至DC/DC变换芯片的输入电压，所述变压器副端绕组上产生的交流电压通过外部充电泵电容器和芯片整流器进行升压和整流，整流电路将电流馈入VAUX引脚，并将电荷送至外部VAUX电容器，最后通过VOUT输出电压至无线传感器网络节点；

所述开关电路包括开关电路1(12)和开关电路2(13)；当微生物能量捕获装置(1)供电能量超过无线传感器网络节点工作所需的能量时，DC/DC变换芯片的VSTORE端口给电容CSTORE充电，该电容采用超级电容器(3)，随着超级电容器(3)两端的电压不断升高，MCU(6)通过比较电路判断超级电容器(3)两端电压是否达到所设定的放电电压值，当达到放电电压时，MCU(6)发出控制信号使开关电路1(12)导通，通过超级电容器放电升压电路(15)给锂电池(4)充电，当超级电容器(3)两端的电压降到充电电压时，开关电路1(12)断开，微生物能量捕获装置(1)的多余能量继续给超级电容器(3)充电。

2.根据权利要求1所述的一种微生物能量捕获的环境监测无线传感器网络节点，其特征在于：所述变压器为1:100的升压型变压器。

3.根据权利要求1所述的一种微生物能量捕获的环境监测无线传感器网络节点，其特征在于：当微生物能量捕获装置(1)的产能不足时，开关电路2(13)导通，由锂电池(4)作为备用电源通过稳压电路(10)给无线传感器网络节点继续供电，保证无线传感器网络节点的正常工作。

4.根据权利要求1所述的一种微生物能量捕获的环境监测无线传感器网络节点，其特征在于：所述超级电容器放电升压电路(15)与锂电池(4)之间还设有充电保护电路(11)。