[发明专利]人体运动细微能量收集转化系统

说明书

本发明涉及人体运动细微能量收集转化系统，它包括柔性驻极体发电机及能量收集电路系统，柔性驻极体发电机通过电源线与能量收集电路系统连接，能量收集电路系统是由输入切换电路模块、一级超低压升压电路模块、二级升压电路模块、自启动电路模块、MCU控制模块和电源切换模块，一级超低压升压电路模块和自启动电路模块通过输入切换电路模块与柔性驻极体发电机连接，一级超低压升压电路模块的输出端与二级升压电路模块的输入端连接，二级升压电路模块的输出端连接有锂电池，电源切换模块与二级升压电路模块和自启动电路模块连接，电源切换模块与MCU控制模块连接，MCU控制模块与一级超低压升压电路模块连接，具有结构合理、使用方便、重量轻的优点。

技术领域

本发明属于运动能量收集设备技术领域，具体涉及人体运动细微能量收集转化系统。

背景技术

作为我们生活环境中最常见的能量形式之一的生物运动能是由人体或其他动物在步行、奔跑等运动时所产生的，这些能量往往很难被收集利用而耗散在外部环境之中，被白白浪费掉，如果这种形式的能量能够被收集储存并有效利用，其将替代我们现在所依赖的便携式电源，可以为手机等便携电子设备充电，方便了人们的出行。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种结构合理、使用方便、重量轻的人体运动细微能量收集转化系统。

本发明的目的是这样实现的：人体运动细微能量收集转化系统，它包括柔性驻极体发电机及能量收集电路系统，所述的柔性驻极体发电机是由多孔PP薄膜及设置在多孔PP薄膜两侧面的银电极板组成，所述的柔性驻极体发电机通过电源线与能量收集电路系统连接，所述的能量收集电路系统是由输入切换电路模块、一级超低压升压电路模块、二级升压电路模块、自启动电路模块、包含扩展无线传感接点的MCU控制模块和电源切换模块，所述的一级超低压升压电路模块和自启动电路模块通过输入切换电路模块与柔性驻极体发电机连接，所述的一级超低压升压电路模块的输出端与二级升压电路模块的输入端连接，所述的二级升压电路模块的输出端连接有锂电池，所述的电源切换模块的输入端分别与二级升压电路模块和自启动电路模块的输出端连接，电源切换模块的输出端与MCU控制模块连接，所述的MCU控制模块通过I/O接口与一级超低压升压电路模块的控制端和输入端连接。

所述的多孔PP薄膜是由双向拉伸多层PP薄膜制成，所述的制备工艺包括如下步骤：步骤1，将厚度为75μm的双向拉伸多层PP原料薄膜裁剪成6*6cm的方块；步骤2，将裁剪后的双向拉伸多层PP原料薄膜放置于具备加热功能的封闭腔室中，并注入高压氮气直到腔内气压维持在2Mpa，同时将腔内的温度保持在100℃，时间保持3小时；步骤3，在5秒的时间内快速将封闭腔室内的气压降至常压，并将样品取出，制得多孔PP薄膜。

所述的柔性驻极体发电机的制备方法包括如下步骤：步骤1、利用双向拉伸多层PP原料薄膜制备成多孔PP薄膜；步骤2、对步骤1制得的多孔PP薄膜利用高压直流电压电源和电晕针进行电晕极化处理，其中极化电压为-16KV，极化时间为3min；步骤3、利用磁控溅射装置对极化后的多孔PP薄膜的两个表面镀银电极板，即得柔性驻极体发电机。

所述的MCU控制模块通过ADC端口采集柔性驻极体发电机的开路电压。

本发明的有益效果：本发明在使用时，为实现从环境中提取最多的能量，超低功耗的MCU控制模块通过ADC端口采集柔性驻极体发电机的开路电压，根据开路电压值计算PWM波的占空比和周期，实时调整一级超低压升压电路模块中控制信号PWM波，实现最大功率跟踪，针对环境变化导致换能器输出不稳定的情况，电源能量管理方案，实现对能量的优化利用和储存，柔性驻极体发电机输出的能量规模很小，如果电路系统本身工作时的损耗过大，将导致能量收集入不敷出，为实现能量收集的最大化，电路系统工作时的平均功耗要尽可能的控制到最低，针对柔性驻极体发电机能量输出不连续，可能出现系统自动掉电的情况，自启动电路的设计实现系统掉电后能在环境能量充裕时自动冷启动，MCU控制模块可以监控铿电池电量，实时调整无线传感器网络从休眠状态中唤醒的频率，完成节点设备的供电任务。