針對(duì)林區(qū)果園復(fù)雜環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的供電問題,本文提出并設(shè)計(jì)了一種具有高度可靠性和穩(wěn)定性的光伏和風(fēng)力供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)同時(shí)具有太陽能電池、微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和外部直流輸入接口,可以為超級(jí)電容器組和鋰離子電池組充電。為了提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)林區(qū)果園復(fù)雜天氣的穩(wěn)定可靠性,該系統(tǒng)增設(shè)了具有較高魯棒性能的三級(jí)高靈敏保護(hù)電路。在對(duì)鋰離子電池組保護(hù)方面,該系統(tǒng)采用無線微控制器CC1310,設(shè)計(jì)優(yōu)選方案選擇超級(jí)電容器組、鋰離子電池組或外部直流電源為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)供電。測(cè)試結(jié)果表明:該系統(tǒng)的5V和3.3V輸出的穩(wěn)定度分別高達(dá)99.6%和99.4%,能夠?yàn)槎鄶?shù)林區(qū)果園無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)提供穩(wěn)定的能源保障。 

【文章來源】：無線通信技術(shù). 2016,25(04)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

況，所以在太陽能電池板和微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，應(yīng)通過防雷擊保護(hù)電路，確保系統(tǒng)后端電路的正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中采用由氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管組成的三級(jí)保護(hù)電路，在皮秒級(jí)時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)雷擊產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行響應(yīng)，如圖3所示。圖2三種輸入電源接入方式圖3三級(jí)高靈敏保護(hù)電路當(dāng)太陽能電池板或微型發(fā)電機(jī)遭遇雷擊時(shí)，抑制二極管首先啟動(dòng)，將瞬時(shí)產(chǎn)生的高電壓抑制在一定的范圍內(nèi);倘若此時(shí)由于雷擊產(chǎn)生的浪涌電流過大，壓敏電阻便會(huì)工作，釋放一部分電流，同時(shí)其兩端電壓將會(huì)被抬高，直到觸發(fā)前一級(jí)的氣體放電管工作，將大電流釋放到大地，這樣便能很好的保護(hù)系統(tǒng)后端的電路。3．2電能儲(chǔ)存管理單元設(shè)計(jì)鋰離子電池組作為本設(shè)計(jì)中主要的儲(chǔ)能元件，在系統(tǒng)中起著儲(chǔ)能和對(duì)外提供能量的功能。超大容量電容器是為了保護(hù)鋰離子電池組，減少電池組充放電次數(shù)，延長電池組使用壽命而設(shè)計(jì)的。3．2．1鋰離子電池組充放電設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中采用可編程的BQ40Z60［10］作為鋰離子電池組充放電的管理IC。該IC支持4V至25V的寬電壓輸入，同時(shí)BQ40Z60內(nèi)部具有DataFlash，其中存儲(chǔ)著多種涵蓋高效電池充電算法、電池電量反饋和報(bào)告錯(cuò)誤信息等函數(shù)。BQ40Z60通過SMBus［11］和無線MCU進(jìn)行通信，通過無線MCU可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的當(dāng)前狀態(tài)。圖4為利用BQ40Z60可編程電池組管理IC設(shè)計(jì)的鋰離子電池組充放電原理圖。圖4鋰離子電池組充放電管理電路圖5電池組充電狀態(tài)在本設(shè)計(jì)中，讓BQ40Z60完全自主地操作由3節(jié)鋰離子電池構(gòu)成的電池組的充電過程，采用典型的高效充電算法，對(duì)電池組進(jìn)行充電。圖5為整個(gè)充電過程的示意圖。在設(shè)計(jì)初始階段考慮到鋰離子電池組具有充放電次數(shù)限制，所以電池組的放電過程由

況，所以在太陽能電池板和微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，應(yīng)通過防雷擊保護(hù)電路，確保系統(tǒng)后端電路的正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)中采用由氣體放電管、壓敏電阻和抑制二極管組成的三級(jí)保護(hù)電路，在皮秒級(jí)時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)雷擊產(chǎn)生的浪涌電壓進(jìn)行響應(yīng)，如圖3所示。圖2三種輸入電源接入方式圖3三級(jí)高靈敏保護(hù)電路當(dāng)太陽能電池板或微型發(fā)電機(jī)遭遇雷擊時(shí)，抑制二極管首先啟動(dòng)，將瞬時(shí)產(chǎn)生的高電壓抑制在一定的范圍內(nèi);倘若此時(shí)由于雷擊產(chǎn)生的浪涌電流過大，壓敏電阻便會(huì)工作，釋放一部分電流，同時(shí)其兩端電壓將會(huì)被抬高，直到觸發(fā)前一級(jí)的氣體放電管工作，將大電流釋放到大地，這樣便能很好的保護(hù)系統(tǒng)后端的電路。3．2電能儲(chǔ)存管理單元設(shè)計(jì)鋰離子電池組作為本設(shè)計(jì)中主要的儲(chǔ)能元件，在系統(tǒng)中起著儲(chǔ)能和對(duì)外提供能量的功能。超大容量電容器是為了保護(hù)鋰離子電池組，減少電池組充放電次數(shù)，延長電池組使用壽命而設(shè)計(jì)的。3．2．1鋰離子電池組充放電設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中采用可編程的BQ40Z60［10］作為鋰離子電池組充放電的管理IC。該IC支持4V至25V的寬電壓輸入，同時(shí)BQ40Z60內(nèi)部具有DataFlash，其中存儲(chǔ)著多種涵蓋高效電池充電算法、電池電量反饋和報(bào)告錯(cuò)誤信息等函數(shù)。BQ40Z60通過SMBus［11］和無線MCU進(jìn)行通信，通過無線MCU可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的當(dāng)前狀態(tài)。圖4為利用BQ40Z60可編程電池組管理IC設(shè)計(jì)的鋰離子電池組充放電原理圖。圖4鋰離子電池組充放電管理電路圖5電池組充電狀態(tài)在本設(shè)計(jì)中，讓BQ40Z60完全自主地操作由3節(jié)鋰離子電池構(gòu)成的電池組的充電過程，采用典型的高效充電算法，對(duì)電池組進(jìn)行充電。圖5為整個(gè)充電過程的示意圖。在設(shè)計(jì)初始階段考慮到鋰離子電池組具有充放電次數(shù)限制，所以電池組的放電過程由

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3507733