專利名稱：一種無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中電源管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及的是一種無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中電源
管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
“更小、更便宜、更有效率”反映了現(xiàn)代無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求，然而從目前研究成果來(lái)看，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)，受節(jié)點(diǎn)能量有限并且其電池不易更換的限制，節(jié)能已成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問(wèn)題之一。由于節(jié)點(diǎn)的電源一般采用一次性電池供電，電池所儲(chǔ)備電能用完后該節(jié)點(diǎn)就失效。為了延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)壽命，業(yè)界不斷從硬件層面來(lái)考慮節(jié)能方法，提出了一些有效的方案1)級(jí)聯(lián)降壓和升壓轉(zhuǎn)換器解決方案級(jí)聯(lián)降壓和升壓轉(zhuǎn)換器由兩個(gè)獨(dú)立的離散轉(zhuǎn)換器組成一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器。然而，從效率的觀點(diǎn)來(lái)看，這種解決方案的效率并不是最高的，因?yàn)樗捎昧藘杉?jí)轉(zhuǎn)換。電源轉(zhuǎn)換效率是降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器效率之積，降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的效率均為90%，這樣轉(zhuǎn)換器的總效率就等于90% X90%=81%。同時(shí)兩個(gè)分立的轉(zhuǎn)換器增加了這種架構(gòu)的元件數(shù)量和尺寸，因此這種方案無(wú)法用于小體積的便攜式產(chǎn)品。此外，兩個(gè)分離的轉(zhuǎn)換器增加了成本。2)只有降壓轉(zhuǎn)換器的解決方案在只有降壓轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式下，當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓降低到接近其輸出電壓時(shí)，很多降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)入到100%的負(fù)載周期模式。在該種模式下，轉(zhuǎn)換器停止開(kāi)關(guān)直接將輸入電壓遞送到輸出。輸出電壓等于輸入電壓減去在轉(zhuǎn)換器上的壓降。這個(gè)壓降就是功率金屬場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的接通阻抗、輸出電感的直流阻抗以及負(fù)載電流的函數(shù)。然而即使電池的電量還有額定容量的5% 15%，系統(tǒng)可能關(guān)斷。在器件阻抗、負(fù)載電流、電池壽命以及環(huán)境溫度的因素下，會(huì)產(chǎn)生很多的未使用容量。3)低壓差穩(wěn)壓器解決方案另外一種解決方案是低壓差穩(wěn)壓器(LDO)解決方案。然而因?yàn)橹挥挟?dāng)輸入電壓大于輸出電壓加LDO壓差時(shí)LDO才保持調(diào)壓功能，所以與單降壓的解決方案一樣，這種解決方案可能會(huì)留下很多未用能量在電池里。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了克服以上缺陷，針對(duì)基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中各模塊工作時(shí)所需電流的不同特點(diǎn)，提供一種降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源管理系統(tǒng)， 能夠完整地利用電池的容量，穩(wěn)定的為無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供工作電源，有效的延長(zhǎng)其使用壽命。本實(shí)用新型在對(duì)電源管理模塊的選取時(shí)考慮到系統(tǒng)中不同電路模塊工作電流的不同特性，選擇不同的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。其中CPU電路模塊的工作電流耗電量較少，電路中所需的電流為超低靜態(tài)電流。而在ZigBee電路模塊中，各節(jié)點(diǎn)在大部分時(shí)間內(nèi)處于空閑狀態(tài)，為節(jié)約能量可以將節(jié)點(diǎn)的一些部件關(guān)閉，在合適的時(shí)機(jī)將其喚醒，其需要連續(xù)輸出電流來(lái)完成工作，所以根據(jù)兩個(gè)模塊電路電流工作的不同特性選擇不同的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器完成設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中電源管理系統(tǒng)，包括鋰離子電池模塊、CPU電源管理模塊、ZigBee電源管理模塊、CPU主控制模塊和 ZigBee工作模塊，所述鋰離子電池模塊與所述CPU電源管理模塊和所述ZigBee電源管理模塊分別相連接，所述CPU電源管理模塊與CPU主控制模塊相連接，所述ZigBee電源管理模塊與ZigBee工作模塊相連接。所述鋰離子電池模塊采用3. 7V IOAH的鋰電池，所述的CPU電源管理模塊采用芯片U2，其型號(hào)為L(zhǎng)TC3531，所述的ZigBee電源管理模塊采用芯片U4，其型號(hào)為L(zhǎng)TC3440 ；所述的CPU主控制模塊主要采用芯片Ul，其型號(hào)為STC12LE5A32S2 ；所述ZigBee工作模塊采用的是順舟網(wǎng)絡(luò)科技公司的SZ05-PR0_1加強(qiáng)1型嵌入式無(wú)線通信模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下1、本系統(tǒng)采用的鋰離子電池為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，在降壓-升壓轉(zhuǎn)換器U2和U4 及其外圍電路的分別作用下，將3. 7V電壓轉(zhuǎn)換至系統(tǒng)不同模塊工作時(shí)所需的3. 3V電壓。2、本系統(tǒng)在保證了無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行，非常高效率的使用了整個(gè)電池的容量，極大的延長(zhǎng)了鋰電池的使用時(shí)間，為無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)提供了很好的發(fā)展空間。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型CPU電源管理模塊電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型ZigBee電源管理模塊電路結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型CPU主控制模塊主芯片結(jié)構(gòu)圖；圖5為本實(shí)用新型ZigBee工作模塊主結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例如圖1所示一種無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中低功耗電源管理系統(tǒng)，包括鋰離子電池模塊、CPU 電源管理模塊、ZigBee電源管理模塊，以及CPU主控制模塊和ZigBee工作模塊。鋰離子電池模塊與CPU電源管理模塊和ZigBee電源管理模塊分別連接，CPU電源管理模塊和CPU主控制模塊連接，ZigBee電源管理模塊和ZigBee工作模塊連接。本實(shí)例中，所述鋰離子電池模塊為3. 7V IOAH的鋰離子電池模塊，該系列電池具有高能量密度、無(wú)污染、循環(huán)壽命高、無(wú)記憶效應(yīng)和體積小方便攜帶和使用等優(yōu)點(diǎn)，是無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)供電電源的理想選擇。本實(shí)例中，所述CPU電源管理模塊包括凌力爾特公司生產(chǎn)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器 LTC3531，所述的LTC3531芯片在集成了功率開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償器件和反饋電路的基礎(chǔ)上，需要的外部器件僅僅包括輸入電容、輸出電容和電感等；該模塊包含一個(gè)降壓電源級(jí)和升壓電源級(jí)，降壓電源級(jí)的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)通過(guò)功率電感連接到降壓電源級(jí)，可以進(jìn)行三種不同工作模式進(jìn)行控制降壓-升壓模式、降壓模式和升壓模式；轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%左右，非常高效率地使用了整個(gè)電池容量，同時(shí)可提供16uA的超低靜態(tài)電流，完全滿足CPU模塊耗電量較少的電壓要求。所述CPU電源管理模塊電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。本實(shí)例中，在綜合了工作模式、整個(gè)電源系統(tǒng)的工作范圍和整體解決方案的基礎(chǔ)上，所述ZigBee電源管理模塊包含凌力爾特公司生產(chǎn)的又一款降壓-升壓轉(zhuǎn)換器LTC3440， 所述LTC3440芯片作為具有單個(gè)電感器的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，可提供ZigBee模塊中絕大部分工作時(shí)間內(nèi)的工作電流，該芯片內(nèi)部包括四個(gè)低RDS(ON)溝道的M0SFET，同時(shí)可利用高于、低于或等于輸出的電池電壓進(jìn)行固定頻率操作，提供了連續(xù)地降壓和升壓模式之間的無(wú)抖動(dòng)過(guò)渡，非常適用于RF及其它噪聲敏感電路的應(yīng)用，同時(shí)提供輕截效率，延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，效率可達(dá)96%，有效地使用了整個(gè)電池的容量。所述ZigBee電源管理模塊電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。本實(shí)例中，所述CPU主控制模塊采用的主要是STC12LE5A32S2單片機(jī)及其它電路， 該系列單片機(jī)是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，其工作電壓為2. 2-3. 6V， 采用模塊2為其提供電源符合要求。所述CPU主控制模塊主芯片結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。本實(shí)例中，所述ZigBee工作模塊采用的是順舟網(wǎng)絡(luò)科技公司的SZ05_PR0_1加強(qiáng) 1型嵌入式無(wú)線通信模塊，其輸入電壓為3. 3V，功耗低，性能優(yōu)越。所述ZigBee工作模塊主結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。本實(shí)例中通過(guò)凌力爾特公司生產(chǎn)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器LTC系列芯片將鋰離子電池模塊的電壓3. 7V轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作所需要的電壓3. 3V，調(diào)整使電壓處于一個(gè)穩(wěn)定的值，滿足了無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)要求工作時(shí)間長(zhǎng)、體積小以及相對(duì)較低的成本等一系列的要求，提高電池的利用率，是大多數(shù)無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)電源應(yīng)用的最佳整體解決方案。由以上的實(shí)例可以看出，本實(shí)例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，性能優(yōu)越，完全可以滿足系統(tǒng)工作時(shí)的電源需求，同時(shí)起到了節(jié)約能源的作用。通過(guò)本實(shí)例的實(shí)際應(yīng)用，3. 7V IOAH的電池可達(dá)到的工作天數(shù)為1588. 459天，有效地保證了無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中電源管理系統(tǒng)包括鋰離子電池模塊、CPU電源管理模塊、ZigBee電源管理模塊、CPU主控制模塊和 ZigBee工作模塊；所述鋰離子電池模塊與所述CPU電源管理模塊和所述ZigBee電源管理模塊分別相連接，所述CPU電源管理模塊與CPU主控制模塊相連接，所述ZigBee電源管理模塊與ZigBee工作模塊相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中電源管理系統(tǒng)，其特征在于所述鋰離子電池模塊采用3. 7V IOAH的鋰電池，所述的CPU電源管理模塊采用芯片U2，其型號(hào)為L(zhǎng)TC3531， 所述的ZigBee電源管理模塊采用芯片U4，其型號(hào)為L(zhǎng)TC3440 ；所述的CPU主控制模塊主要采用芯片U1，其型號(hào)為STC12LE5A32S2 ；所述ZigBee工作模塊采用的是順舟網(wǎng)絡(luò)科技公司的SZ05-PR0_1加強(qiáng)1型嵌入式無(wú)線通信模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中電源管理系統(tǒng)，包括鋰離子電池模塊、CPU電源管理模塊、ZigBee電源管理模塊、CPU主控制模塊和ZigBee工作模塊；所述鋰離子電池模塊與所述CPU電源管理模塊和所述ZigBee電源管理模塊分別相連接，所述CPU電源管理模塊與CPU主控制模塊相連接，所述ZigBee電源管理模塊與ZigBee工作模塊相連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型針對(duì)基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中各模塊工作時(shí)所需電流的不同特點(diǎn)，提供一種降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源管理系統(tǒng)，能夠完整地利用電池的容量，穩(wěn)定的為無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供工作電源，有效的延長(zhǎng)其使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK201975833SQ2011201060
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者劉力, 孫剛, 季學(xué)林, 張曉永, 徐小林, 徐曉光, 王俊杰, 王冠凌 申請(qǐng)人:劉力