太陽(yáng)能供電模塊設(shè)計(jì)

    鎢礦尾礦庫(kù)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是由多個(gè)無(wú)線Zigbee節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的面向任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)框架,其應(yīng)用傳感器技術(shù)、 K3MF8F80DM-MGCE無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等將各類(lèi)傳感器采集到的監(jiān)測(cè)信息傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行綜合處理。電能是無(wú)線乙gbce傳輸網(wǎng)絡(luò)組成的重要部分,監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的使用壽命主要取決于電能,傳感器節(jié)點(diǎn)的只要沒(méi)有電源供給,在網(wǎng)絡(luò)中就會(huì)失效并退出監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),而由余下的節(jié)點(diǎn)形成自組織的新網(wǎng)絡(luò)。故無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能源問(wèn)題至關(guān)重要。

    由于無(wú)線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)地在野外的尾礦庫(kù),使用工業(yè)電源比較困難,一般靠自身傳輸或是取自于自然能。目前傳感器節(jié)點(diǎn)一般都是依靠資自身存儲(chǔ)有限能源的化學(xué)電池供電,如干電池或是鎳電池等。在鎢礦尾礦庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電池更換極其不便,為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)期正常I作,本書(shū)采用太陽(yáng)能供電單元為無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)供電。

    太陽(yáng)能供電單元的系統(tǒng)緯構(gòu)如圖5.22所示,主要由太陽(yáng)能電池組、超級(jí)電容組、鋰電池、穩(wěn)壓器等構(gòu)成。系統(tǒng)選用輸出電壓5.5V,輸出電流140~150mA的單晶硅太陽(yáng)能電池組將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。充、放電控制模塊進(jìn)行供電與充電的管理,具有防反充、過(guò)充、過(guò)放電控制等功能,使超級(jí)電容組與鋰電池保持在最佳工作狀態(tài),同時(shí)實(shí)現(xiàn)在不同光照條件下的供能元件切換。兩個(gè)電容存儲(chǔ)量為25F、耐壓為2.7V的超級(jí)電容串聯(lián)(減小漏電流)作為主要的能量存儲(chǔ)器,在光照充足時(shí)為傳感器節(jié)點(diǎn)供電。當(dāng)光照較弱、陰雨天氣,或是超級(jí)電容無(wú)法為系統(tǒng)供電時(shí),可由后備能量?jī)?chǔ)存器鋰電池供電。根據(jù)Zigbcc節(jié)點(diǎn)峰值電流和傳感器的I作電流之和,選用容量為90fllmAh、工作電壓為3.6~4.2V的鋰電池作為系統(tǒng)的第二能量?jī)?chǔ)存器。

    超級(jí)電容(黃金電容)有別于傳統(tǒng)的電池和電容,主要通過(guò)極化電解質(zhì)進(jìn)行能量的可逆存儲(chǔ),屬于雙電層電容器。其功率密度高達(dá)普通電池的5~10倍,應(yīng)用在大電流放電場(chǎng)合時(shí)能量轉(zhuǎn)換效率高,電容原材料綠色環(huán)保、成本低,可進(jìn)行深度循環(huán)充放電且每次時(shí)間極短�？朔似胀姵爻浞烹娍�制電路復(fù)雜、工作溫度范圍小、過(guò)度充放對(duì)電池造成負(fù)面影響等缺點(diǎn)。結(jié)合超級(jí)電容功率密度高及蓄電池能量密度高的特點(diǎn),將兩者分別作為太陽(yáng)能供電模塊的主要能量存儲(chǔ)器及后備能量存儲(chǔ)器,實(shí)現(xiàn)在不同的光照條件下的供電元件切換。