一种微动能采集装置与方法与流程

本发明属于能量收集转换技术领域，具体涉及一种微动能采集装置与方法。

背景技术：

近年来，无线传感网络在许多领域得到应用，如军事领域、生态检测与灾害预警、农业生产、智慧交通、医疗系统等。随着低功耗电子技术的进步，市场上出现了越来越多的小型、低能耗的手持移动设备。相应地，这些设备需要紧凑、低能耗和重量轻的能量供应方式。因此随着这类应用的能量在收集和消耗.上趋于平衡微能量收集系统的使用环境大大扩大。

其中，微能量收集技术在近几年受到了人们的广泛关注。微能量收集是一种将环境周围分布式能量进行收集并转换成可使用电能的技术。其中可收集的分布式能量有光能、热能、振动等多种形式。目前，能量收集主要应用于无线传感器、植入体内医疗设备、军事监控设备、偏远地区天气站、计算器、手表、蓝牙手持设备等。

然而，电池仍然是系统里面各个部分传感器节点的主要供电电源，但随着传感网络分布的环境错综复杂，电池的维护和更换是一个棘手的问题。一方面可充电锂电池为系统供电，但由于消耗的能量太多，即功耗太大，仅仅依靠电池不能长久满足生猪耳标的供电系统，所以借助于此装置，它具有经济、环保且理论上无寿命限制等优点，因此符合能源的未来发展趋势，非常适合于为物联网、可穿戴设备等新兴领域提供电能。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述一个或几个问题，本发明提供了一种微动能采集装置与方法；通过收集利用生猪运动产生的动能转换成电能为系统供电，从而有效解决无线传感网络长期需要人工维护以及环保的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种微动能采集装置，包括环形塑料管、微能采集芯片、核心模块；

所述环形塑料管周围环绕磁感线圈，在环形塑料管里面放置一个磁性球或两个磁性球，当放置两个磁性球时，中间用一小块塑料板阻隔；当生猪运动扇动耳朵时，所述磁性球在环形塑料管里面滚动，切割线圈，产生电能；在所述磁感线圈周边通过导线与外部的电器元件连接；

所述微能采集芯片由降压或升压转换器、储存单元、输出稳压器依次连接构成；由于生猪耳朵扇动幅度和频率等因素的影响，会导致产生的电压不稳定或微弱状态，因此使用微能采集芯片回收能量，将动能转化为电能，进而向核心模块供电；

所述核心模块由天线或lora网、主控芯片mcu、传感器组成，其中，传感器包含运动、心率血氧、体温传感器，集成在主控芯片mcu电路板上，用于采集生猪的生理参数，然后通过天线或lora网传输数据至服务器，用于健康监控端做进一步的分析处理，判断生猪健康状态。

进一步，所述磁性球为一至两个，当为两个时，中间应放置一块塑料板阻隔。

进一步，所述外部的电器元件，先经过整流桥，使用导线和四个二极管，将交流转为直流，转化后的直流经过一个微能采集芯片输出最终的电压。

基于一种微动能采集装置的一种微动能采集方法，所述磁性球运动时产生的能量不稳定，故在周边通过导线与外部的电器元件连接；整流桥中，左侧为交流电流入方向，右侧为直流电流出方向；由于采集出来的能量是不规整的，故采用微能采集芯片，为宽输入范围的能量采集器件进行电源的优化；微能采集芯片将输入过来的电压通过降压或升压转换器到储存单元，最后经过输出稳压器，将能量进行回收输出给锂电池，为锂电池供电，将动能转化为电能，转而向主控芯片mcu以及运动、心率血氧、体温等传感器进行供电，通过lora网传输数据至服务器，从而为整个智能耳标系统提供电量，形成一个完整的系统，给智能耳标持续性供电。

本发明所提供的动能收集工艺结构简单，应用范围广，随着生猪运动耳朵扇动时，带动磁性球转动，由于环形塑料管周围裹上磁感线圈，从而使得更快地切割电磁线圈，提高了感应电动势，使得后续电路的能量收集效率更高，减少单一电源稳定情况对系统的影响，减少电能无谓的浪费。

附图说明

图1为本发明一种微动能采集装置与方法的结构示意框第一实施例图；

图2为本发明一种微动能采集装置与方法的结构示意框第二实施例图；

图3为本发明中电压收集的电路结构框图；

图中：1、环形塑料管；2、磁感线圈；3、磁性球；4、塑料板。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一种微动能采集装置包括环形塑料管、微能采集芯片、核心模块；

所述环形塑料管周围环绕磁感线圈，在环形塑料管里面放置一个磁性球或两个磁性球，当放置两个磁性球时，中间用一小块塑料板阻隔；当生猪运动扇动耳朵时，所述磁性球在环形塑料管里面滚动，切割线圈，产生电能；在所述磁感线圈周边通过导线与外部的电器元件连接；

所述微能采集芯片由降压或升压转换器、储存单元、输出稳压器依次连接构成；由于生猪耳朵扇动幅度和频率等因素的影响，会导致产生的电压不稳定或微弱状态，因此使用微能采集芯片回收能量，将动能转化为电能，进而向核心模块供电；

所述核心模块由天线或lora网、主控芯片mcu、传感器组成，其中，传感器包含运动、心率血氧、体温传感器，集成在主控芯片mcu电路板上，用于采集生猪的生理参数，然后通过天线或lora网传输数据至服务器，用于健康监控端做进一步的分析处理，判断生猪健康状态。

如图1和2所示，所述环形塑料管1周围环绕磁感线圈2，在环形塑料管1里面放置一个磁性球或两个磁性球3，将此装置与智能耳标安装在一起，当生猪运动耳朵扇动时，环形塑料管1中的磁性球3转动，切割电磁线圈2，产生电动势；第二种结构为两个磁性球，通过塑料板4产生更大的电动势；但由于生猪耳朵扇动幅度和频率等客观原因的存在，在此基础上加入一个简单电路装置，切割磁感线圈2产生的电动势即输入电压，经过整流桥，将交流转换成直流，得到输出电压，在通过一个微能采集芯片与电池部分相连，真正实现将动能转换成电能的装置与方法，将电池使用时间和寿命大大延长，达到能量回收利用与转换技术。

具体的，所述磁性球3为一至两个，当为两个时，中间应放置一块塑料板4阻隔。

具体的，所述外部的电器元件，先经过整流桥，使用导线和四个二极管，将交流转为直流，转化后的直流经过一个微能采集芯片输出最终的电压。

此微动能采集装置镶嵌在智能耳标外围，佩戴在生猪耳朵上，利用电磁学里面的法拉第电磁感应定律原理，当永磁体和线圈之间作相对运动时，线圈中的磁通量发生变化，切割线圈中将产生感应电流和感应电动势；当生猪耳朵扇动时，耳朵上佩戴的智能耳标外围的磁性球随之转动，在图2所示的圆形塑料管中滚动，与外围的磁感线进行切割，产生感应电动势。

如图3所示，基于一种微动能采集装置的一种微动能采集方法，所述磁性球运动时产生的能量不稳定，故在周边通过导线与外部的电器元件连接；整流桥中，左侧为交流电流入方向，右侧为直流电流出方向；由于采集出来的能量是不规整的，故采用此微能采集芯片，为宽输入范围的能量采集器件进行电源的优化；，微能采集芯片将输入过来的电压通过降压或升压转换器到储存单元，最后经过输出稳压器，将能量进行回收输出给锂电池，为锂电池供电，将动能转化为电能，转而向主控芯片以及运动、心率血氧、体温等传感器进行供电，通过lora网传输数据至服务器，从而为整个智能耳标系统提供电量，形成一个完整的系统，给智能耳标持续性供电。

由于生猪耳朵扇动幅度和频率等因素的影响，会导致产生的电压不稳定或微弱状态，因此将电磁线圈通过导线与外部的电器元件连接,先经过整流桥,把交流电转换成直流电,再通过一个微能采集芯片，它包括了ac-dc全桥整流模块、dc-dc转换模块、阻抗匹配、超级电容充电管理、输出电压管理等，是一个强大的系统，从降压或升压转换器到储存单元，最后经过输出稳压器，将能量进行回收输出给锂电池，为锂电池供电，即动能转化为电能，转而向主控芯片mcu以及运动、心率血氧、体温等传感器进行供电，通过lora网传输数据，从而为整个智能耳标提供电量，形成一个完整的系统，给智能耳标持续性供电，一方面达到了能量回收，一方面有效解决耳标供电问题，为智能耳标的使用做好充分的准备；即只要有振动能量，就可以畅快的供电，不用担心设备没电。