[实用新型]一种具有振动能量回收功能的无线传感器

说明书

本申请公开了一种具有振动能量回收功能的无线传感器，包括机械模块和电路控制模块，机械模块同电路控制模块相连，机械模块包括压电晶体和金属壳体，其特征在于，所述的电路控制模块包括能量回收单元、判断单元、控制单元、发射单元、电池单元和采样单元，压电晶体和能量回收单元的输入端连接，金属壳体和采样单元的输入端连接，能量回收单元的输出端同时连接电池单元和判断单元的输入端，电池单元的输出端同时连接判断单元、采样单元、控制单元和发射单元，判断单元和采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的输出端连接发射单元的输入端。本申请能够提高数据传输的有效性，并且大大降低系统的功耗。

技术领域

本申请涉及传感器的领域，特别涉及利用能量回收功能降低功耗的无线传感器。

背景技术

无线传感器结合了微型传感器技术、通信技术和集成电路技术等，能够对环境或对象进行实时监测、感知和信息采集，并具有远程传输的功能，无需布设连接线，降低了整个监测系统搭建的复杂程度和维护成本，在各个领域都有巨大的应用前景，得到了广泛关注和研究。然后，在绝大多数的应用场合，无线传感器都需要采用便携式电源供电。当电能耗尽后，如果不能及时更换电源，无线传感器就无法进行工作，可以说其工作寿命基本取决于电源的寿命，因而提高无线传感器的使用寿命是一个迫切需要解决的技术难题。

在电池容量一定的情况下，提高无线传感器的工作寿命无非有有这么两种方式：开源和节流。在开源方面，由于电池是无线传感器供电的主要手段，且寿命非常有限，通常几个月就需要更换，在实际应用中频繁更换电池不仅工作量大，而且成本也很高，基于此利用能量回收方式对便携式电源进行充电是一个不错的选择。与太阳能、热能等能量回收方式相比，机械振动能普遍存在，且具有不受环境因素（光照、温度等）变化的影响、易于被微机电系统集成等优势，成为目前主要的能量回收方式，将振动的机械能回收主要有三种方式：电磁式、静电式和压电式，而压电式因其具有较高的机电耦合性能，且无需外部供电、结构简单、不发热、无电磁干扰、寿命几乎无限，近年来得到了普遍的关注。

在节流方面，由于有源传感器发送器组合的功率需求可能达到100mW - 250mW，即使通过能量回收方式对便携式电源进行充电，通常能量回收可产生的功率也仅为1mW -10mW，仍然不能满足无线传感器长期实时在线的能量需求，因而必须考虑进一步降低无线传感器的功耗。常见的一种方式就是采用定长时间唤醒的方式，例如每隔半小时进行一次唤醒，传送所需的采集数据后再次休眠，如此循环往复。但采用定长时间唤醒的方式依然存在以下两个问题：一是传感器会在设备状态明显良好的情况下传输数据，而监控系统常常只需要获取设备异常时的相关数据，因而耗费了大量不必要的能量；二是故障发生时刻的数据可能由于间断性传输的原因而错过，导致丢失了重要的有效数据。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种具有振动能量回收功能的无线传感器，至少能够部分的解决现有技术中存在的问题，为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种具有振动能量回收功能的无线传感器，包括机械模块和电路控制模块，机械模块同电路控制模块相连，所述的机械模块包括压电晶体和金属壳体，所述的电路控制模块包括能量回收单元、判断单元、控制单元、发射单元、电池单元和采样单元，压电晶体和能量回收单元的输入端连接，金属壳体和采样单元的输入端连接，能量回收单元的输出端同时连接电池单元和判断单元的输入端，电池单元的输出端同时连接判断单元、采样单元、控制单元和发射单元，判断单元和采样单元的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的输出端连接发射单元的输入端。

更进一步地，所述的能量回收单元采用的是基于ESSH技术的接口电路，包括带电感的电子开关、全波整流电路、超级电容、稳压电路和极值检测电路，压电晶体分别与带电感的电子开关和极值检测电路的输入端连接，极值检测电路的输出端连接带电感的电子开关的控制输入端，带电感的电子开关的输出端依次通过全波整流电路、超级电容连接稳压电路的输入端。