無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電源智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是一種由傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)的觀察者感興趣的感知對象的各種信息(如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象)，并對這些信息進(jìn)行處理后以無線的方式發(fā)送出去，通過無線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護(hù)理、智能家居、工業(yè)生產(chǎn)控制以及商業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大部分是采用電池供電，工作環(huán)境通常比較惡劣。而且數(shù)量大，更換電池非常困難，所以低功耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之一。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有些模塊不工作或者處于休眠狀態(tài)時(shí)，就可以將其供電電路斷開以節(jié)約用電，當(dāng)有指令將其喚醒時(shí)，則接通其供電電路以保證系統(tǒng)的正常工作。這樣便可有效節(jié)約電能，延長電池的供電時(shí)間和使用壽命，同時(shí)也保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作質(zhì)量，延長了使用壽命。
1 系統(tǒng)電源模塊硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)電源模塊主要對電源檢測、電源開關(guān)智能控制以及電源轉(zhuǎn)換進(jìn)行了設(shè)計(jì)。電路系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖1所示。
本電源系統(tǒng)各部分主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：供電電源由2塊12 V的鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，為系統(tǒng)提供24 V的直流電壓；電池檢測模塊主要是通過對供電電源的輸出電壓進(jìn)行取樣，以獲取蓄電池的電量消耗信息，實(shí)時(shí)對電池充電以保證整個(gè)系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作；電源各路開關(guān)控制模塊主要是根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載的工作狀態(tài)，通過開關(guān)控制決定是否為該負(fù)載供電，以此來降低待機(jī)功耗，延長電池的使用時(shí)間；電源變換模塊主要用模塊DC-DC轉(zhuǎn)換器作為構(gòu)建單元實(shí)現(xiàn)電源電壓的轉(zhuǎn)換為負(fù)載提供合適的電壓。
1.1 電池檢測模塊電路設(shè)計(jì)
電池檢測模塊通過對供電電源輸出電壓取樣來判斷蓄電池的電量是否充足。在此將電源輸出電壓劃分為：25 V以上為電池電量滿狀態(tài)、24.2～25 V為電池電量充足狀態(tài)、23.5～24.2 V為電池正常工作狀態(tài)、22.8～23.5 V為電池電量不足但尚能工作狀態(tài)、22.8 V以下為電池不能正常工作狀態(tài)5個(gè)狀態(tài)，通過狀態(tài)讀取來判斷電池能否正常為整個(gè)系統(tǒng)供電，決定是否為電池充電，以保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。該模塊電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。
該模塊電路主要由低壓差線性調(diào)壓器(LMlll7)、取樣電阻(R1，R2，R3，R4，R5)、電壓比較器(LMl39)、反相器(74HC04)以及編碼器(74HCl48)構(gòu)成。低壓差線性調(diào)壓器LMlll7提供3.3 V的基準(zhǔn)電壓，與取樣電阻所獲得的取樣電壓輸入電壓比較器LMl39進(jìn)行比較，再由電壓比較器輸出的高低電平，經(jīng)過反相器74HC04輸入到編碼器74HCl48中進(jìn)行編碼，通過編碼器輸出的二進(jìn)制碼來反映電池電量信息。
電池電壓取樣電阻網(wǎng)絡(luò)是通過取樣電阻的組合對電池的輸出電壓進(jìn)行分壓取樣，各電阻端點(diǎn)對應(yīng)的電池電壓狀態(tài)值分別為：R2對應(yīng)22.8 V，R3對應(yīng)23.5 V，R4對應(yīng)24.2 V，R5對應(yīng)25 V。當(dāng)電池輸出的電壓值等于各個(gè)電阻設(shè)定的狀態(tài)值時(shí)，則該電阻端取樣電壓為3.3 V；當(dāng)電池輸出的電壓值大于各個(gè)電阻設(shè)定的狀態(tài)值時(shí)，則該電阻端取樣電壓大于3.3 V；當(dāng)電池輸出的電壓值小于各個(gè)電阻設(shè)定的狀態(tài)值時(shí)，則該電阻端取樣電壓小于3.3 V。取樣電阻R1，R2，R3，R4，R5的取值可由下面的方程組求得：
解得：
編碼器74HCl48低電平有效，所以在比較器LMl39的后面又接了反相器74HC04，編碼器輸入/輸出的二進(jìn)制碼(真值表)與電池電壓的關(guān)系如表1所示。
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