[发明专利]一种环境能源采集器及其预警系统和应用方法

权利要求书

1.一种环境能源采集器，其特征在于，包括由外部能源同步带动的旋转式内骨架结构体(7)和旋转-静止摩擦组；

所述旋转式内骨架结构体(7)通过旋转-静止摩擦组转换旋转能为电能；

旋转-静止摩擦组包括梳齿状金属电极、负摩擦材料层(8)和正摩擦材料层(10)，正摩擦材料层(10)贴合在旋转式内骨架结构体(7)上，两个梳齿状金属电极错开包围多个分隔区域，负摩擦材料层(8)为多个填充在分隔区域的叶片，正摩擦材料层(10) 紧贴叶片；

外部电路集成封装于采集器的底部；

还包括设置在采集器外部外侧的圆筒状外壁(5)；

圆筒状外壁(5)的上表面为一个圆形，其外侧面为光滑的表面；其内侧面有微横梁的结构，微横梁的长度不超过圆筒状外壁的高度H，根据微横梁的数量N将圆筒状外壁的内部划分为N个长方形区域；

梳齿状金属电极用于传递摩擦电荷并与外部电路结合产生电输出；

所述梳齿状金属电极包括上梳齿状金属电极(6)和下梳齿状金属电极(9)，上梳齿状金属电极(6)与下梳齿状金属电极(9)贴在环境能源采集器的内部内侧壁上，上梳齿状金属电极(6)与下梳齿状金属电极(9)的梳齿方向相对，且上梳齿状金属电极(6)与下梳齿状金属电极(9)梳齿错开；

梳齿状金属电极为多条均匀排布的平行电极边在同一电极条上，且电极边长度小于旋转-静止摩擦组的高度。

2.根据权利要求1所述的一种环境能源采集器，其特征在于，还包括多个波形扇叶(1)，波形扇叶(1)用于受外部能源带动绕轴线旋转，多个波形扇叶(1)共轴，共轴位置连接旋转轴(2)，旋转轴(2)下端连接所述旋转式内骨架结构体(7)。

3.根据权利要求2所述的一种环境能源采集器，其特征在于，旋转轴(2)位于旋转式内骨架结构体(7)的轴心位置，旋转式内骨架结构体(7)的轴线与波形扇叶(1)的共轴线在同一直线上，旋转轴(2)穿过旋转式内骨架结构体(7)至采集器底部。

4.根据权利要求3所述的一种环境能源采集器，其特征在于，还包括圆形杯盖(4)、位于圆形杯盖(4)底部中心的轴固定器(3)和采集器底部中心的轴固定器(3)；

所述圆形杯盖(4)用于隔断波形扇叶(1)和旋转式内骨架结构体(7)，所述轴固定器(3)用于限位旋转轴(2)的横向平移或/和弹出。

5.根据权利要求4所述的一种环境能源采集器，其特征在于，上梳齿状金属电极(6)的均匀排布的平行电极边与下梳齿状金属电极(9)的均匀排布的平行电极边形成矩形间隔，矩形间隔朝向旋转式内骨架结构体(7)内侧设置叶片，负摩擦材料层(8)还包括长方形状负摩擦材料，多个长方形状负摩擦材料与矩形间隔大小相近，长方形状负摩擦材料贴合在矩形间隔内与旋转式内骨架结构体的叶片上的正摩擦材料层(10)相接触。

6.根据权利要求5所述的一种环境能源采集器，其特征在于，还包括设置在采集器底部的电源管理与能量存储模块，所述电源管理与能量存储模块包括储能电容，储能电容存储环境能源采集器转化旋转能获得电能，电源管理与能量储存模块与环境能源采集器的输出端口相连。

7.应用权利要求1-6任意一条所述的一种环境能源采集器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、集成于采集器底部的温湿度传感器按时间周期间歇对采集到的温湿度生成数据包并通过芯片进行无线广播，其余时间受芯片控制进入休眠模式，温湿度传感器的供电电压与芯片供电电压相匹配，温湿度传感器与芯片组成的低功耗无线传感节点的电源端口与电源管理与能量储存模块的储能电容相连；

S2、远程无线监测终端按时间周期间歇接收无线数据包并发送至森林环境监测上位机，森林环境监测上位机图形化显示温湿度并通过设定阈值与温湿度比较判定森林火灾发生情况。

8.基于权利要求1-6任意一条所述的一种环境能源采集器的森林环境监测与火灾预警系统，其特征在于，包括环境能源采集器、电源管理与能量储存模块、低功耗无线传感节点和远程无线监测终端；

所述的电源管理与能量储存模块与环境能源采集器的输出端口相连，将环境能源采集器的电输出储存在环境能源采集器的储能电容中，低功耗无线传感节点包括ZigBee芯片CC2530F256和温湿度传感器SHT30，ZigBee芯片支持2.0V-3.6V的供电电压，ZigBee芯片具有定时唤醒的低功耗模式，SHT30温湿度传感器的供电电压与ZigBee芯片相匹配，SHT30温湿度传感器具有单次采集模式，通过所述ZigBee芯片和温湿度传感器相结合，每隔60 s对采集到的温湿度生成数据包并进行无线广播，其余时间进入休眠模式；

远程无线监测终端包括ZigBee芯片CC2530F256与森林环境监测上位机软件，ZigBee芯片用于接收所述低功耗无线传感节点发送的无线数据包并通过串口显示在所述森林环境监测上位机软件，森林环境监测上位机软件具有图形化显示温湿度并通过设定阈值与温湿度比较判定森林火灾发生情况。