太阳能辅助供电的LoRa传感装置的制作方法

本发明涉及电力电子技术、无线通信技术和传感器技术领域，更具体的说是涉及一种太阳能辅助供电的LoRa传感装置。

背景技术：

物联网的快速发展对无线通信技术提出了更高的要求，LoRa无线技术就是专为物联网设计的一种无线通信技术。另一方面，传感器技术的迅速发展，使传感器与LoRa融合成一种LoRa传感装置成为一个趋势。

LoRa一般采用锂电池作为电源，但随着传感器的加入，LoRa传感装置的功耗也随之增加，锂电池供电不能保证LoRa传感装置寿命，存在电量耗尽而导致LoRa传感装置失效的问题，功耗问题成为LoRa传感装置研究的一个重点。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种寿命更长的太阳能辅助供电的LoRa传感装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是:

太阳能辅助供电的LoRa传感装置，包括能量获取与管理单元、数字单元和LoRa单元；

所述数字单元和LoRa单元均与能量获取与管理单元相连，能量获取与管理单元用于同时给数字单元和LoRa单元提供能量； 数字单元和LoRa单元相连。

所述数字单元用于传感器信息采集、处理及传输，将传感器信息封装成原始传感数据包，并将原始传感数据包传输给LoRa单元；LoRa单元用于接收数字单元传输过来的原始传感数据包。LoRa单元采用基于扩频技术的远距离无线传输方案,传输距离可达15km。

进一步，所述的太阳能辅助供电的LoRa传感装置，所述能量获取与管理单元包括太阳能电池、超级电容充电器、超级电容器、LDO线性稳压器、锂电池、1号肖特基二极管和2号肖特基二极管；太阳能电池、超级电容充电器、LDO线性稳压器、1号肖特基二极管依次串联，超级电容充电器与超级电容器相连，1号肖特基二极管的阴极与2号肖特基二极管的阴极相连，2号肖特基二极管的阳极与锂电池相连，1号肖特基二极管的阴极与2号肖特基二极管的阴极均与后级的数字单元U2相连，1号肖特基二极管的阴极与2号肖特基二极管的阴极还均与后级的LoRa单元U3相连。

所述太阳能电池用于从太阳光获取能量，也即将太阳能转换成电能；

由于太阳光照强度不断变化，太阳能电池输出的电压往往不稳定。所述超级电容充电器，用于将太阳能获取的能量存储到超级电容器中。超级电容充电器和超级电容器联合作用，使得太阳能电池不稳定的电压输出在LDO线性稳压器的输入端趋于稳定；

所述LDO线性稳压器将超级电容器输出的电压转换成与数字单元和LoRa单元相适应的直流电平，不失一般性地，如转化为+3.3V；

所述锂电池，不失一般性地，如采用+3V的锂电池；

所述1号肖特基二极管与2号肖特基二极管规格相同，当光照较强的环境下，LDO线性稳压器输出的电压大于锂电池输出的电压，1号肖特基二极管导通，2号肖特基二极管截止，则太阳能电池被接入，进而给数字单元和LoRa单元供电；当光照较弱的环境下，锂电池输出的电压大于LDO线性稳压器输出的电压，2号肖特基二极管导通，1号肖特基二极管截止，则锂电池被接入，进而给数字单元和LoRa单元供电。

进一步，所述的太阳能辅助供电的LoRa传感装置，所述数字单元包括MCU和数据采集单元。

所述数据采集单元包括温度传感器、可见光传感器和加速度传感器；

所述温度传感器用于感知温度信息，不失一般性的，本发明中温度传感器采用LM94021温度传感器芯片，通过IO口与MCU相连；

所述可见光传感器用于感知可见光信息，不失一般性的，本发明中可见光传感器采用MAX44009可见光传感器芯片，通过I²C总线与MCU相连；

所述加速度传感器用于感知LoRa传感装置的加速度情况，不失一般性的，本发明中加速度传感器采用三轴加速度传感器ADXL346芯片，通过SPI总线与MCU相连。

所述温度传感器与MCU相连，可见光传感器和加速度传感器均与MCU双向连接；所述MCU用内置ADC采集温度传感器产生的温度信息；所述MCU通过I²C总线读取可见光传感器的可见光信息，同时也可以通过I²C总线配置可见光传感器的中断使能寄存器、高字节上限寄存器、高字节下限寄存器及门限定时器寄存器等；所述MCU通过SPI总线读取加速度传感器的加速度信息，同时也可以通过SPI总线配置加速度传感器的敲击阈值寄存器、x轴偏移寄存器、y轴偏移寄存器、z轴偏移寄存器、运动阈值寄存器、自由落体阈值寄存器、中断使能寄存器等；所述MCU将温度信息，可见光信息和加速度信息封装成原始传感数据包；所述MCU通过I²C总线向LoRa单元传输原始传感数据包。

进一步，所述的太阳能辅助供电的LoRa传感装置，所述LoRa单元包括LoRa射频芯片和射频天线；数字单元、能量获取与管理单元均与LoRa单元的LoRa射频芯片相连。LoRa射频芯片和射频天线相连。

所述LoRa射频芯片用于接收数字单元传输过来的原始传感数据包；所述LoRa单元采用基于扩频技术的远距离无线传输方案,传输距离可达15km。

本发明之太阳能辅助供电的LoRa传感装置具有寿命长，传输距离远的优点。本发明可以利用太阳能为超级电容充电，进而为LoRa传感装置供电，防止锂电池电量耗尽而导致LoRa传感装置失效。

附图说明

图1为本发明太阳能辅助供电的LoRa传感装置的结构示意图；

图2为图1所示实施例太阳能辅助供电的LoRa传感装置的能量获取与管理单元的结构示意图；

图3为图1所示实施例太阳能辅助供电的LoRa传感装置的数字单元的结构示意图；

图4为图1所示实施例太阳能辅助供电的LoRa传感装置的LoRa单元的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明之太阳能辅助供电的LoRa传感装置包括能量获取与管理单元U1、数字单元U2和LoRa单元U3。

所述数字单元U2和LoRa单元U3均与能量获取与管理单元U1相连，能量获取与管理单元U1用于同时给数字单元U2和LoRa单元U3提供能量； 数字单元U2和LoRa单元U3相连。

参照图2，本发明之太阳能辅助供电的LoRa传感装置的能量获取与管理单元U1包括太阳能电池U11、超级电容充电器U12、超级电容器U13、LDO线性稳压器U14、锂电池U15、1号肖特基二极管 U16和2号肖特基二极管 U17；太阳能电池U11、超级电容充电器U12、LDO线性稳压器U14、1号肖特基二极管U16依次串联，超级电容充电器U12与超级电容器U13相连，1号肖特基二极管U16的阴极与2号肖特基二极管U17的阴极相连，2号肖特基二极管U17的阳极与锂电池U15相连，1号肖特基二极管U16的阴极与2号肖特基二极管U17的阴极均与后级的数字单元U2相连，1号肖特基二极管U16的阴极与2号肖特基二极管U17的阴极还均与后级的LoRa单元U3相连。

所述太阳能电池U11用于从太阳光获取能量，也即将太阳能转换成电能；

由于太阳光照强度不断变化，太阳能电池U11输出的电压往往不稳定。所述超级电容充电器U12，用于将太阳能获取的能量存储到超级电容器U13中。超级电容充电器U12和超级电容器U13联合作用，使得太阳能电池U11不稳定的电压输出在LDO线性稳压器U14的输入端趋于稳定；

所述LDO线性稳压器U14将超级电容器U13输出的电压转换成与数字单元U2和LoRa单元U3相适应的直流电平，不失一般性地，本实施例中转化为+3.3V；

所述锂电池U15，不失一般性地，本实施例中采用+3V的锂电池；

所述1号肖特基二极管 U16与2号肖特基二极管U17规格相同，当光照较强的环境下，LDO线性稳压U14器输出的电压大于锂电池U15输出的电压，1号肖特基二极管 U16导通，2号肖特基二极管 U17截止，则太阳能电池U11被接入，进而给对数字单元U2和LoRa单元U3供电；当光照较弱的环境下，锂电池U15输出的电压大于LDO线性稳压器U14输出的电压，2号肖特基二极管 U17导通，1号肖特基二极管 U16截止，则锂电池U15被接入，进而给对数字单元U2和LoRa单元U3供电。

参照图3，本发明之太阳能辅助供电的LoRa传感装置的数字单元U2包括MCU U21，温度传感器U22，可见光传感器U23和加速度传感器U24；温度传感器U22与MCU U21相连；可见光传感器U23与MCU U21相连；加速度传感器U24与MCU U21相连。

所述温度传感器U22用于感知温度信息，不失一般性的，本发明中温度传感器采用LM94021温度传感器芯片，通过IO口与MCU U21相连；

所述可见光传感器U23用于感知可见光信息，不失一般性的，本发明中可见光传感器采用MAX44009可见光传感器芯片，通过I²C总线与MCU U21相连；

所述加速度传感器U24用于感知LoRa传感装置的加速度情况，不失一般性的，本发明中加速度传感器采用三轴加速度传感器ADXL346芯片，通过SPI总线与MCU U21相连。

所述MCU U21用内置ADC采集温度传感器U22产生的温度信息；所述MCU U21通过I²C总线读取可见光传感器U23的可见光信息，同时也可以通过I²C总线配置可见光传感器U23的中断使能寄存器、高字节上限寄存器、高字节下限寄存器及门限定时器寄存器等；所述MCU U21通过SPI总线读取加速度传感器U24的加速度信息，同时也可以通过SPI总线配置加速度传感器U24的敲击阈值寄存器、x轴偏移寄存器、y轴偏移寄存器、z轴偏移寄存器、运动阈值寄存器、自由落体阈值寄存器、中断使能寄存器等；所述MCU U21将温度信息，可见光信息和加速度信息封装成原始传感数据包；所述MCU通过I²C总线向LoRa单元U3传输原始传感数据包；

所述MCU U21、温度传感器U22、可见光传感器U23、加速度传感器U24都由能量获取与管理单元U1提供能量；

所述LoRa单元U3通过I²C总线与MCU U21相连。

参照图4，本发明之太阳能辅助供电的LoRa传感装置的LoRa单元U3包括LoRa射频芯片U31和射频天线U32。射频芯片U31和射频天线U32相连，射频芯片U31用于接收数字单元U2传输过来的原始传感数据包；射频天线U32用于传输通信。所述LoRa单元U2采用基于扩频技术的远距离无线传输方案,传输距离可达15km。