一種基於無線充電的無線傳感網節點裝置的製作方法

2023-10-17 08:17:04

本實用新型涉及電力通訊技術領域，具體涉及一種基於無線充電的無線傳感網節點裝置。

背景技術：

輸電桿塔上安裝的監測設備在供電問題上始終存在著一定的局限性——不易提供集中供電，特別是在室外、野外情況下。目前，無線傳感網節點的能量主要來源於兩種方式：一是能量存儲，如蓄電池供電等；二是能量採集，如太陽能供電。但這些方式都不易部署，受環境影響較大。無線傳感網節點的供電問題始終都是制約無線自組網電力應用的一個關鍵因素。因此，需要設計一種可接收無線電能的裝置，從輸電桿塔上的無線電能發射裝置上接收電能，為在線監測節點提供穩定的電源供給。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本實用新型提供一種基於無線充電的無線傳感網節點裝置，實現無線充電部分與無線傳感網節點一體化形成。

本實用新型採用技術方案如下：

無線充電的無線傳感網節點裝置，包括裝置本體，裝置本體內固設有節點模塊、供電模塊和無線接收線圈，節點模塊的電源輸入端與供電模塊的電源輸出端連接，供電模塊的電源輸入端與無線接收線圈連接，供電模塊通過無線接收線圈從輸電桿塔上安裝的無線發送端線圈取電。

進一步地，模塊由高頻接收電路模塊、充電電路模塊、電池組和穩壓電路模塊組成，高頻接收電路模塊的輸入端與無線接收線圈的兩端連接，高頻接收電路模塊的輸出端通過充電電路模塊與電池組的輸入端連接，電池組的輸出端與穩壓電路模塊的輸入端連接。

進一步地，節點模塊包括主控模塊、通信模塊、存儲模塊、數據採集模塊和傳感器，主控模塊分別與通信模塊、存儲模塊和數據採集模塊交互式連接，傳感器和數據採集模塊交互式連接。

進一步地，主控模塊包括MSP430F109晶片。

進一步地，裝置本體上部固設有非金屬外殼，下部兩側設有開口。

進一步地，裝置本體內的節點模塊和供電模塊之間設有隔離板，隔離板上設有用於穿過供電模塊輸出電源線的開口。

進一步地，線接收線圈包括外殼本體，外殼本體分為左右兩部分殼體，外殼本體內設有繞制的圓形線圈，外殼本體頂端設有用於將左右兩部分殼體頂端固接的緊固部件，外殼本體底端設有用於與裝置本體連接的萬向節。

本實用新型具有如下有益效果：

本實用新型基於無線充電的無線傳感網節點裝置中，從輸電桿塔上的無線電能發射裝置上接收電能，為在線監測節點提供穩定的電源供給，在室外或野外惡劣壞境下實現節點的持續供電。供電模塊無線接收電能並為充電電池充電，為無線傳感網節點裝置提供電能。裝置本體下部利用兩側開口來給整個裝置通風且利於通信信號的傳輸，另外，上部的非金屬外殼可以防雨，同時不阻礙電能接收。裝置本體下部為金屬材質，優選鋁，質輕。隔離板把供電模塊和其他模塊隔離，防止供電模塊的高溫影響其他模塊。隔離板可以與裝置本體相同材質，也可以選擇其他金屬。無線接收線圈外殼底端設置的萬向節有利於靈活調節線圈的位置，使其與無線發送端線圈結構對齊，提高電能接收效率。

附圖說明

圖1為本實用新型的裝置結構示意圖；

圖2為本實用新型的供電模塊示意圖；

圖3為本實用新型的高頻接收電路模塊電路圖；

圖4為本實用新型的穩壓電路模塊電路圖；

圖5為本實用新型的無線接收線圈。

具體實施方式

參見圖1，基於無線充電的無線傳感網節點裝置，包括裝置本體1，裝置本體1內固設有節點模塊2、供電模塊3和無線接收線圈4，節點模塊2的電源輸入端與供電模塊3的電源輸出端連接，供電模塊3的電源輸入端與無線接收線圈4連接，供電模塊3通過無線接收線圈4從輸電桿塔上安裝的無線發送端線圈取電。

節點模塊2包括主控模塊21、通信模塊22、存儲模塊23、數據採集模塊24和傳感器25，主控模塊21分別與通信模塊22、存儲模塊23和數據採集模塊24交互式連接，傳感器25和數據採集模塊24交互式連接。

主控模塊21由MSP430F109單片機晶片與外部電路組成，實現對節點工作流程管理以及數據解析、打包，主控模塊21有效提高節點的數據處理能力和運行速度，進一步增加節點功能和工作壽命，降低整體能耗。

通信模塊22採用zigbee無線串口收發模塊，使用CC2530晶片，通信模塊實現節點組網。

存儲模塊23採用EEPROM AT24C256存儲晶片，該存儲晶片具有較大的256KB存儲容量，存儲模塊23實現對監測數據的本地存儲以及節點參數的保存，

數據採集模塊24採用ADI的單電源隔離型485晶片ADM2587E，單電源隔離型485晶片提高了節點抗幹擾能力，數據採集模塊24完成對傳感器測量數據的讀取並傳輸給主控模塊21。

傳感器25與數據採集模塊24之間通過RS485接口，傳感器25完成對輸電線路監測量的測量。

無線接收線圈4使用純銅低阻導線繞制，耐低溫且高效、輸出穩定電能。無線接收線圈4與圖3中的電容C6共同構成高頻接收電路模塊31輸入端P1諧振頻率，該頻率與高頻接收電路模塊31輸出端P2諧振頻率相同。

參見圖2和3，供電模塊3由高頻接收電路模塊31、充電電路模塊32、電池組33和穩壓電路模塊34組成，供電模塊3完成對整個節點的能量供給，如圖3所示，高頻接收電路模塊31的輸入端P1與無線接收線圈4的兩端連接，輸入端P1的迴路諧振頻率需與高頻接收電路模塊31的輸出端P2相同，它由諧振電容C6和無線接收線圈4構成，電能經過由D1-D4、C7構成的全橋整流電路後供給輸出端P2，高頻接收電路模塊31的輸出端P2通過充電電路模塊32與電池組33的輸入端連接，電池組33採用8.4 V額定電壓的電池組，電池組33的輸出端與穩壓電路模塊34的輸入端P3連接。充電電路模塊32與電池組33，充電電路模塊32穩定輸出電壓8.4V，電流1A，具有恆壓、恆流自動切換功能。

穩壓電路模塊34如圖4示，電路包括穩壓晶片7805即U2、穩壓晶片1117-3.3即U3、濾波電容C8-C11包括保險絲。電池組33的輸出電壓8.4V經過穩壓晶片U2輸出5V至輸出端P4，穩壓晶片U2輸出電壓5V再經過穩壓晶片U3輸出電壓3.3V，穩壓晶片U3輸出電壓經過用於保護系統電路的保險絲F1輸出電壓3.3V至輸出端P5。穩壓電路模塊34提供了各個模塊所需電壓。穩壓電路模塊34輸出端P4連接採集模塊24和通信模塊22的輸入端，穩壓電路模塊34輸出端P5連接主控模塊21和存儲模塊23。

無線接收線圈4的具體結構如圖5所示，無線接收線圈4包括外殼本體42，外殼本體42分為左右兩部分殼體，外殼本體42內設有繞制的圓形線圈43，外殼本體42頂端設有用於將左右兩部分殼體頂端固接的緊固部件41，外殼本體42底端設有用於與裝置本體1連接的萬向節44，在線圈接收電能的過程中無線接收線圈4與無線發送端線圈結構需要對齊，而萬向節可以靈活調節線圈的位置，使其與無線發送端線圈結構對齊。另外，輸電桿塔上安裝的無線發送端線圈結構與無線接收線圈4結構相同。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。