一种自供电一体化低功耗采集装置的制作方法

1.本实用新型属于微储能技术领域，具体涉及一种自供电一体化低功耗采集装置。


背景技术：

2.随着技术的发展，各种工业控制器和传感器越来越普遍，传统的产品需要电源线供电或者电池供电，电源线布线施工难、成本高，电池使用寿命受限，需要及时更换，既增加了使用和维护成本，而且如果更换不及时还会造成系统问题。
3.如今低功耗技术越来越成熟，通常使用的控制器和传感器可以低功耗模式运行。
4.因此，如何提供一种能够为控制器和传感器等在低功耗条件下进行供电的装置成为了亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种自供电一体化低功耗采集装置。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.一种自供电一体化低功耗采集装置，包括至少一个能量吸收转化装置、微储能电路、储能元件、采集单元，其中，所述能量吸收转化装置、所述微储能电路、所述储能元件和所述采集单元依次连接。
7.在本实用新型的一个实施例中，所述能量吸收转化装置包括太阳能板或者电磁感应装置。
8.在本实用新型的一个实施例中，在所述能量吸收转化装置的数量为2个或者2个以上时，所有所述能量吸收转化装置并联或者串联后与所述微储能电路连接。
9.在本实用新型的一个实施例中，所述微储能电路包括ic芯片。
10.在本实用新型的一个实施例中，在所述ic芯片为ic1时，所述微储能电路包括稳压二极管d1、肖特基二极管d2、稳压二极管d3、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电感l1和ic1，其中，
11.所述稳压二极管d1的阴极连接所述微储能电路的第一输入端、所述电容c1的第一端、所述电阻r1的第一端和所述电感l1的第一端，所述稳压二极管d1的阳极连接第二输入端和接地端，所述电容c1的第二端连接接地端，所述电阻r1的第二端连接所述ic1的管脚g1和管脚g8，所述ic1的管脚g1还连接所述电容c2的第一端，所述电容c2的第二端连接接地端，所述电感l1的第二端连接所述ic1的管脚g3和所述肖特基二极管d2的阳极，所述ic1的管脚g4连接所述肖特基二极管d2的阴极、所述电阻r2的第二端、所述电阻r4的第一端和所述电容c5的第一端，所述电容c5的第二端连接接地端，所述电阻r4的第二端连接所述电阻r3的第二端、所述电阻r5的第一端、所述电容c6的第一端、所述稳压二极管d3的阴极和所述微储能电路的输出端，所述电容c6的第二端连接接地端，所述稳压二极管d3的阳极连接接地端，所述ic1的管脚g7连接所述电阻r2的第一端和所述电容c3的第一端，所述ic1的管脚g6连接所述电容c3的第二端和所述电阻r3的第一端，所述ic5的管脚g5连接所述电容c4的
第一端、所述电阻r5的第二端和所述电阻r6的第一端，所述电容c4的第二端连接接地端，所述电阻r6的第二端连接接地端，所述ic1的管脚g2连接接地端。
12.在本实用新型的一个实施例中，在所述ic芯片为ic2时，所述微储能电路包括稳压二极管d4、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电感l2和ic2，其中，
13.所述稳压二极管d4的阴极连接所述微储能电路的第一输入端、所述电容c7的第一端、所述电容c8的第一端、所述电感l2的第一端、所述电阻r7的第一端和所述ic2的管脚j10，所述稳压二极管d4的阳极连接所述微储能电路的第二输入端和接地端，所述电容c7的第二端和所述电容c8的第二端连接接地端，所述电感l2的第二端连接所述ic2的管脚j13，所述电阻r7的第二端连接所述电阻r8的第一端和所述ic2的管脚j9，所述电容c9的第一端连接所述ic2的管脚j8，所述电阻r9的第一端连接所述ic2的管脚j21，所述电阻r10的第一端连接所述ic2的管脚j22，所述电阻r8的第二端、所述电容c9的第二端、所述电阻r9的第二端和所述电阻r10的第二端连接接地端，所述ic2的管脚j18连接所述电容c10的第一端和电池电压vbat端，所述电容c10的第二端连接接地端，所述ic2的管脚j20连接所述电阻r11的第一端，所述电阻r11的第二端连接接地端，所述ic2的管脚j24连接所述电阻r12第一端，所述电阻r12第二端连接接地端，所述ic2的管脚j7连接接地端，所述ic2的管脚j12和管脚j25连接接地端，所述ic2的管脚j14和管脚j15连接电源vcc端，所述ic2的管脚j16连接所述电容c11的第一端和所述微储能电路的输出端，所述电容c11的第二端连接接地端，所述ic2的管脚j17连接所述电容c12的第一端，所述电容c12的第二端连接接地端，所述ic2的管脚j1连接所述电阻r13的第一端、所述电阻r14的第一端、所述电阻r15的第一端和所述电阻r16的第一端，所述ic2的管脚j2连接所述电阻r13的第二端和所述电阻r18的第一端，所述ic2的管脚j5连接所述电阻r14的第二端和所述电阻r17的第一端，所述ic2的管脚j6连接所述电阻r17的第二端和所述电阻r19的第一端，所述ic2的管脚j3连接所述电阻r15的第二端和所述电阻r20的第一端，所述ic2的管脚j4连接所述电阻r16的第二端和所述电阻r21的第一端，所述电阻r18的第二端、所述电阻r19的第二端、所述电阻r20的第二端和所述电阻r21的第二端连接接地端。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述微储能电路集成于pcba板上。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述储能元件包括可充电电池、复合电容或超级电容。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述采集单元包括mcu和sensor，所述mcu和所述sensor依次连接。
17.在本实用新型的一个实施例中，所述采集单元包括sensor。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型的自供电一体化低功耗采集装置，将自供电技术和低功耗采集技术集成在一起，通过收集环境中的能量，将其转换成电能，为采集单元供电，采集单元完成信号采集功能。
20.本实用新型的储能元件具备多次充电放电的能力，避免的使用一次性电池的不可逆性。
21.本实用新型的低功耗的采集单元通过运用休眠与唤醒功能，既能保证有效通信，又能够减缓装置的整体能量消耗。
22.以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
23.图1是本实用新型实施例提供的一种自供电一体化低功耗采集装置的连接关系示意图；
24.图2是本实用新型实施例提供的一种自供电一体化低功耗采集装置的结构示意图；
25.图3是本实用新型实施例提供的一种微储能电路的电路结构示意图；
26.图4是本实用新型实施例提供的另一种微储能电路的电路结构示意图；
27.图5是本实用新型实施例提供的一种采集单元的电路结构示意图。
28.附图标记说明：
29.能量吸收转化装置
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1，微储能电路
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2，储能元件
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3，采集单元
‑
4。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
31.请参见图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种自供电一体化低功耗采集装置的连接关系示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种自供电一体化低功耗采集装置的结构示意图。本实施例提供一种自供电一体化低功耗采集装置，该自供电一体化低功耗采集装置包括至少一个能量吸收转化装置1、微储能电路2、储能元件3、采集单元4，其中，能量吸收转化装置1、微储能电路2、储能元件3和采集单元4依次连接。能量吸收转化装置1用于完成对环境能量的吸收和将所吸收的能量转化成电能；能量吸收转化装置1所转化的电作为微储能电路的输入，微储能电路2一方面将能量吸收转化装置1转化的电存储到储能元件3，另一方面可将能量吸收转化装置1转化的电调节输出到板上的其他电路；储能元件3用于储存微储能电路2传输的电能；低功耗的采集单元4用于完成本端数据采集处理，低功耗的采集单元4的电由储能元件所存储的电提供。
32.在本实施例中，能量吸收转化装置1可以是太阳能板，也可以是电磁感应装置，因此能量吸收转化装置1可以为将自然界的太阳能转化成电能的装置，也可以为能够产生感应电流的装置。在能量吸收转化装置1为太阳能板时，其正面采用高性能的晶体硅，可吸收太阳能并将其转换成电能，背面有正、负电极焊点及固定焊点；根据产品不同结构有支持贴装的，有支持插装的。太阳能板的正、负极焊点通过焊接与微储能电路的输入连接。能量转换装置将转化的电能输出给微储能电路。在能量吸收转化装置1为电磁感应装置时，电磁感应装置可以为感应线圈。
33.其中，据不同结构尺寸，能量吸收转化装置1可以是单个焊接，也可以是多个并联或者串联后连接到微储能电路2。如附图2所示，就是将数片太阳能板结合后连接到微储能电路的输入引脚。
34.在本实施例中，微储能电路2将输入的电能进行管理并输出给储能元件。微储能电
路2使用典型的储能管理ic(integrated circuit)芯片，例如可以为adp509x系列和spv10x0系列等。能量吸收转化装置2的正、负极焊点焊接在装有微储能电路的pcba(printed circuit board assembly)板上。例如，本实施例中具体使用的核心储能ic的型号可以是spv1040，又例如，本实施例中具体使用的核心储能ic是集成mppt超低功耗能量采集器pmu，其型号为adp5091。
35.请参见图3，在一个具体实施例中，微储能电路2的具体电路结构可以为图3的电路结构所示，即微储能电路包括稳压二极管d1、肖特基二极管d2、稳压二极管d3、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电感l1和ic1，其中，稳压二极管d1的阴极连接微储能电路的第一输入端、电容c1的第一端、电阻r1的第一端和电感l1的第一端，稳压二极管d1的阳极连接第二输入端和接地端，电容c1的第二端连接接地端，电阻r1的第二端连接ic1的管脚g1和管脚g8，ic1的管脚g1还连接电容c2的第一端，电容c2的第二端连接接地端，电感l1的第二端连接ic1的管脚g3和肖特基二极管d2的阳极，ic1的管脚g4连接肖特基二极管d2的阴极、电阻r2的第二端、电阻r4的第一端和电容c5的第一端，电容c5的第二端连接接地端，电阻r4的第二端连接电阻r3的第二端、电阻r5的第一端、电容c6的第一端、稳压二极管d3的阴极和微储能电路的输出端，电容c6的第二端连接接地端，稳压二极管d3的阳极连接接地端，ic1的管脚g7连接电阻r2的第一端和电容c3的第一端，ic1的管脚g6连接电容c3的第二端和电阻r3的第一端，ic5的管脚g5连接电容c4的第一端、电阻r5的第二端和电阻r6的第一端，电容c4的第二端连接接地端，电阻r6的第二端连接接地端，ic1的管脚g2连接接地端。其中，ic1的型号可以为spv1040，则管脚g1为mpp
‑
set，管脚g2为gnd，管脚g3为lx，管脚g4为vout，管脚g5为vctrl，管脚g6为ictrl_m，管脚g7为ictrl_p，管脚g8为xshut。
36.请参见图4，在另一个具体实施例中，微储能电路2的具体电路结构还可以为图4的电路结构所示，即微储能电路包括稳压二极管d4、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电感l2和ic2，其中，稳压二极管d4的阴极连接微储能电路的第一输入端、电容c7的第一端、电容c8的第一端、电感l2的第一端、电阻r7的第一端和ic2的管脚j10，稳压二极管d4的阳极连接微储能电路的第二输入端和接地端，电容c7的第二端和电容c8的第二端连接接地端，电感l2的第二端连接ic2的管脚j13，电阻r7的第二端连接电阻r8的第一端和ic2的管脚j9，电容c9的第一端连接ic2的管脚j8，电阻r9的第一端连接ic2的管脚j21，电阻r10的第一端连接ic2的管脚j22，电阻r8的第二端、电容c9的第二端、电阻r9的第二端和电阻r10的第二端连接接地端，ic2的管脚j18连接电容c10的第一端和电池电压vbat端，电容c10的第二端连接接地端，ic2的管脚j20连接电阻r11的第一端，电阻r11的第二端连接接地端，ic2的管脚j24连接电阻r12第一端，电阻r12第二端连接接地端，ic2的管脚j7连接接地端，ic2的管脚j12和管脚j25连接接地端，ic2的管脚j14和管脚j15连接电源vcc端，ic2的管脚j16连接电容c11的第一端和微储能电路的输出端，电容c11的第二端连接接地端，ic2的管脚j17连接电容c12的第一端，电容c12的第二端连接接地端，ic2的管脚j1连接电阻r13的第一端、电阻r14的第一端、电阻r15的第一端和电阻r16的第一端，ic2的管脚j2连接电阻r13的第二端和电阻r18的第一端，ic2的管脚j5连接电阻r14的第二端和电阻r17的第一端，ic2的管脚j6连接电阻r17的第二端和电阻
r19的第一端，ic2的管脚j3连接电阻r15的第二端和电阻r20的第一端，ic2的管脚j4连接电阻r16的第二端和电阻r21的第一端，电阻r18的第二端、电阻r19的第二端、电阻r20的第二端和电阻r21的第二端连接接地端。其中，ic2的型号可以为adp5091/adp5092，则管脚j1为ref，管脚j2为setsd，管脚j3为setbk，管脚j4为term，管脚j5为setpg，管脚j6为sethyst，管脚j7为agnd，管脚j8为cbp，管脚j9为mppt，管脚j10为vin，管脚j11为ldd，管脚j12为pgnd，管脚j13为sw，管脚j14为reg_out，管脚j15为reg_fb，管脚j16为sys，管脚j17为bat，管脚j18为back_up，管脚j19为pgood，管脚j20为vid，管脚j21为minop，管脚j22为dis_sw，管脚j23为reg_d1，管脚j24为reg_d0，管脚j25为epad。
37.在本实施例中，储能元件3可以为可充电电池，也可以为复合电容，还可以为超级电容，复合电容可以为spc系列产品或者hlc系列产品，可根据结构尺寸及电路需求选择合适的型号，具体如spc1020、hlc1020或者hbrl3.8v40f等。储能元件3的正、负极焊接在装有微储能电路2的pcba板上，并与微储能电路2的电能输出端po连接。储能元件3一方面可以存储电能，另一方面可以为采集单元4提供电。
38.在本实施例中，采集单元可由mcu(microcontroller unit，微控制单元)和sensor(传感器)组成，也可单独使用sensor。sensor芯片对目标数据进行采集转化，mcu对数据及元件进行管理。典型电路如附图5所示。本实施例中的采集传感器的数字化接口有spi/i2c等，可通过焊接或者排线链接到电路板,mcu还可以连接xtal(external crystal oscillator，外部晶体振荡器)。其中sensor芯片的型号可以为lps22h、hdc2080或者85bsd等，lps22h可采集环境大气压，hdc2080可采集温湿度，85bsd可采集温度和压力，并且均支持低功耗模式。
39.本实施例所采用的电子元件应用低功耗元件，以降低电能消耗。低功耗的采集单元通过运用休眠与唤醒功能，既保证有效通信，又能够减缓装置的整体能量消耗。
40.本实施例采用将将自供电技术和低功耗的采集技术集成在一起，本实用新型的自供电一体化低功耗采集装置可以获取环境中的能量并转化为电，由此可以有效利用环境中的能量，为电路获取更多的电能储备。
41.本实用新型的储能元件具备多次充电放电的能力，避免的使用一次性电池的不可逆性。
42.本实用新型的低功耗的采集单元通过运用休眠与唤醒功能，既能保证有效通信，又能够减缓装置的整体能量消耗。
43.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
44.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
46.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。