林区果园无线传感器网络监测的光伏和风力发电供电系统设计
发布时间：2021-11-20 16:40
针对林区果园复杂环境无线传感器网络监测系统的供电问题,本文提出并设计了一种具有高度可靠性和稳定性的光伏和风力供电系统。该系统同时具有太阳能电池、微型风力发电机和外部直流输入接口,可以为超级电容器组和锂离子电池组充电。为了提高系统应对林区果园复杂天气的稳定可靠性,该系统增设了具有较高鲁棒性能的三级高灵敏保护电路。在对锂离子电池组保护方面,该系统采用无线微控制器CC1310,设计优选方案选择超级电容器组、锂离子电池组或外部直流电源为无线传感器网络监测节点供电。测试结果表明:该系统的5V和3.3V输出的稳定度分别高达99.6%和99.4%,能够为多数林区果园无线传感网络监测提供稳定的能源保障。
【文章来源】：无线通信技术. 2016,25(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
系统结构框图
况，所以在太阳能电池板和微型风力发电机接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，应通过防雷击保护电路，确保系统后端电路的正常运行。本设计中采用由气体放电管、压敏电阻和抑制二极管组成的三级保护电路，在皮秒级时间范围内对雷击产生的浪涌电压进行响应，如图3所示。图2三种输入电源接入方式图3三级高灵敏保护电路当太阳能电池板或微型发电机遭遇雷击时，抑制二极管首先启动，将瞬时产生的高电压抑制在一定的范围内;倘若此时由于雷击产生的浪涌电流过大，压敏电阻便会工作，释放一部分电流，同时其两端电压将会被抬高，直到触发前一级的气体放电管工作，将大电流释放到大地，这样便能很好的保护系统后端的电路。3．2电能储存管理单元设计锂离子电池组作为本设计中主要的储能元件，在系统中起着储能和对外提供能量的功能。超大容量电容器是为了保护锂离子电池组，减少电池组充放电次数，延长电池组使用寿命而设计的。3．2．1锂离子电池组充放电设计在本设计中采用可编程的BQ40Z60［10］作为锂离子电池组充放电的管理IC。该IC支持4V至25V的宽电压输入，同时BQ40Z60内部具有DataFlash，其中存储着多种涵盖高效电池充电算法、电池电量反馈和报告错误信息等函数。BQ40Z60通过SMBus［11］和无线MCU进行通信，通过无线MCU可以随时监测电池组的当前状态。图4为利用BQ40Z60可编程电池组管理IC设计的锂离子电池组充放电原理图。图4锂离子电池组充放电管理电路图5电池组充电状态在本设计中，让BQ40Z60完全自主地操作由3节锂离子电池构成的电池组的充电过程，采用典型的高效充电算法，对电池组进行充电。图5为整个充电过程的示意图。在设计初始阶段考虑到锂离子电池组具有充放电次数限制，所以电池组的放电过程由
况，所以在太阳能电池板和微型风力发电机接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，应通过防雷击保护电路，确保系统后端电路的正常运行。本设计中采用由气体放电管、压敏电阻和抑制二极管组成的三级保护电路，在皮秒级时间范围内对雷击产生的浪涌电压进行响应，如图3所示。图2三种输入电源接入方式图3三级高灵敏保护电路当太阳能电池板或微型发电机遭遇雷击时，抑制二极管首先启动，将瞬时产生的高电压抑制在一定的范围内;倘若此时由于雷击产生的浪涌电流过大，压敏电阻便会工作，释放一部分电流，同时其两端电压将会被抬高，直到触发前一级的气体放电管工作，将大电流释放到大地，这样便能很好的保护系统后端的电路。3．2电能储存管理单元设计锂离子电池组作为本设计中主要的储能元件，在系统中起着储能和对外提供能量的功能。超大容量电容器是为了保护锂离子电池组，减少电池组充放电次数，延长电池组使用寿命而设计的。3．2．1锂离子电池组充放电设计在本设计中采用可编程的BQ40Z60［10］作为锂离子电池组充放电的管理IC。该IC支持4V至25V的宽电压输入，同时BQ40Z60内部具有DataFlash，其中存储着多种涵盖高效电池充电算法、电池电量反馈和报告错误信息等函数。BQ40Z60通过SMBus［11］和无线MCU进行通信，通过无线MCU可以随时监测电池组的当前状态。图4为利用BQ40Z60可编程电池组管理IC设计的锂离子电池组充放电原理图。图4锂离子电池组充放电管理电路图5电池组充电状态在本设计中，让BQ40Z60完全自主地操作由3节锂离子电池构成的电池组的充电过程，采用典型的高效充电算法，对电池组进行充电。图5为整个充电过程的示意图。在设计初始阶段考虑到锂离子电池组具有充放电次数限制，所以电池组的放电过程由
【参考文献】：
期刊论文
[1]精确林业传感技术和无线传感器网络研究进展[J]. 郑加强,徐幼林. 林业工程学报. 2016(02)
[2]防雷型无线传感器网络节点太阳能电源系统[J]. 谭成龙,陈祖爵,鲍煦,闫述. 数据通信. 2014(04)
[3]基于太阳能的无线传感器网络节点供电系统设计[J]. 王战备. 渭南师范学院学报. 2013(12)
[4]风电发展现状与关键技术研究[J]. 张峰,张建华. 科技与企业. 2013(15)
[5]无线传感器网络研究现状与应用[J]. 司海飞,杨忠,王珺. 机电工程. 2011(01)
[6]用于环境监测的自供电传感器网络[J]. 张强,杨涛. 仪表技术与传感器. 2008(02)
本文编号：3507733
【文章来源】：无线通信技术. 2016,25(04)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
系统结构框图
况，所以在太阳能电池板和微型风力发电机接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，应通过防雷击保护电路，确保系统后端电路的正常运行。本设计中采用由气体放电管、压敏电阻和抑制二极管组成的三级保护电路，在皮秒级时间范围内对雷击产生的浪涌电压进行响应，如图3所示。图2三种输入电源接入方式图3三级高灵敏保护电路当太阳能电池板或微型发电机遭遇雷击时，抑制二极管首先启动，将瞬时产生的高电压抑制在一定的范围内;倘若此时由于雷击产生的浪涌电流过大，压敏电阻便会工作，释放一部分电流，同时其两端电压将会被抬高，直到触发前一级的气体放电管工作，将大电流释放到大地，这样便能很好的保护系统后端的电路。3．2电能储存管理单元设计锂离子电池组作为本设计中主要的储能元件，在系统中起着储能和对外提供能量的功能。超大容量电容器是为了保护锂离子电池组，减少电池组充放电次数，延长电池组使用寿命而设计的。3．2．1锂离子电池组充放电设计在本设计中采用可编程的BQ40Z60［10］作为锂离子电池组充放电的管理IC。该IC支持4V至25V的宽电压输入，同时BQ40Z60内部具有DataFlash，其中存储着多种涵盖高效电池充电算法、电池电量反馈和报告错误信息等函数。BQ40Z60通过SMBus［11］和无线MCU进行通信，通过无线MCU可以随时监测电池组的当前状态。图4为利用BQ40Z60可编程电池组管理IC设计的锂离子电池组充放电原理图。图4锂离子电池组充放电管理电路图5电池组充电状态在本设计中，让BQ40Z60完全自主地操作由3节锂离子电池构成的电池组的充电过程，采用典型的高效充电算法，对电池组进行充电。图5为整个充电过程的示意图。在设计初始阶段考虑到锂离子电池组具有充放电次数限制，所以电池组的放电过程由
况，所以在太阳能电池板和微型风力发电机接入BQ25505［9］能量采集芯片之前，应通过防雷击保护电路，确保系统后端电路的正常运行。本设计中采用由气体放电管、压敏电阻和抑制二极管组成的三级保护电路，在皮秒级时间范围内对雷击产生的浪涌电压进行响应，如图3所示。图2三种输入电源接入方式图3三级高灵敏保护电路当太阳能电池板或微型发电机遭遇雷击时，抑制二极管首先启动，将瞬时产生的高电压抑制在一定的范围内;倘若此时由于雷击产生的浪涌电流过大，压敏电阻便会工作，释放一部分电流，同时其两端电压将会被抬高，直到触发前一级的气体放电管工作，将大电流释放到大地，这样便能很好的保护系统后端的电路。3．2电能储存管理单元设计锂离子电池组作为本设计中主要的储能元件，在系统中起着储能和对外提供能量的功能。超大容量电容器是为了保护锂离子电池组，减少电池组充放电次数，延长电池组使用寿命而设计的。3．2．1锂离子电池组充放电设计在本设计中采用可编程的BQ40Z60［10］作为锂离子电池组充放电的管理IC。该IC支持4V至25V的宽电压输入，同时BQ40Z60内部具有DataFlash，其中存储着多种涵盖高效电池充电算法、电池电量反馈和报告错误信息等函数。BQ40Z60通过SMBus［11］和无线MCU进行通信，通过无线MCU可以随时监测电池组的当前状态。图4为利用BQ40Z60可编程电池组管理IC设计的锂离子电池组充放电原理图。图4锂离子电池组充放电管理电路图5电池组充电状态在本设计中，让BQ40Z60完全自主地操作由3节锂离子电池构成的电池组的充电过程，采用典型的高效充电算法，对电池组进行充电。图5为整个充电过程的示意图。在设计初始阶段考虑到锂离子电池组具有充放电次数限制，所以电池组的放电过程由
【参考文献】：
期刊论文
[1]精确林业传感技术和无线传感器网络研究进展[J]. 郑加强,徐幼林. 林业工程学报. 2016(02)
[2]防雷型无线传感器网络节点太阳能电源系统[J]. 谭成龙,陈祖爵,鲍煦,闫述. 数据通信. 2014(04)
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[6]用于环境监测的自供电传感器网络[J]. 张强,杨涛. 仪表技术与传感器. 2008(02)
本文编号：3507733
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