一种能量采集电路及可见光信息与能量同传输系统的制作方法

本发明涉及光电探测，特别是一种能量采集电路及可见光信息与能量同传输系统。

背景技术：

1、近十年来，发光二极管(led)飞速发展，led以其快于人眼识别速率的光强度变换速率，可以实现编码数据通信，这为利用可见光进行数据传输提供了光源条件。传统的通信设备除了面临高能耗的问题外，还面临着通信频段拥挤和电磁辐射污染等问题，因此可见光信息与能量同传输系统以其无电磁干扰、频段不受限、通信速率高和安全性好的优势成为对物联网设备进行信息传输和供电的关键技术。

2、新兴的光伏技术在能量收集方面表现出了惊人的能力，它具有较高的功率转换效率和良好的灵活性，能够有效解决可见光通信中常用的光电探测器光电能量转换效率偏低的问题。因此，太阳能电池可在可见光通信中用作数据接收器，由此发展出了一种新型通信系统，即使用太阳能电池作为可见光通信的接收端以实现能量与信息的同时传输。该系统可以应用于物联网终端，在实现通信的同时为物联网设备提供能量。

3、现有的可见光信息与能量同传输系统需引入dc-dc升压电路来实现能量的采集，但dc-dc升压电路还需要额外引入场效应晶体管驱动电路，这种驱动电路设计复杂、功耗高，若光电转换器件收集的功率较低，则无法为这种高功耗的电路供电，则还需外加电源。而且dc-dc升压电路会带来噪声，对信息传输有负面影响。

4、并且，上述不包含电能存储功能的电路设计，还需要为放大、滤波和比较电路等信号处理电路中的有源器件配置外加电源，无法实现持续自供电。

5、此外，现有的可见光信息与能量同传输系统通常还需要引入最大功率点追踪电路以实现能量的高效采集，同时，也鲜有研究对无线收集的电能量进行管理。

6、因此本发明提出了一种新的能量采集的电路设计方案，以实现使光电转换器件工作在最大功率采集点，对收集到的电能量进行有效管理，接收端不外加电源模块便可以正常工作，均衡与调控能量采集功率和通信速率，即本发明可同时具备最大功率点追踪、低功耗、电能管理、稳压输出的特点。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明第一个目的是提供一种能量采集电路，其不仅可以实现电能量的存储和管理，还能够根据不同的光电转换器件最大功率点电压的要求进行调整，使其都工作在最大功率处，进而使系统保持较高的能量采集功率。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种能量采集电路，其包括，升压电路，其包括均与第一芯片相连的最大功率点调节单元、输出控制单元以及输出单元，所述最大功率点调节单元用于调节升压电路输入端的电压处于最大功率采集点；能量管理电路，其包括均与第二芯片相连的能量输入单元、能量存储单元、能量输出单元以及第一阈值设置单元和第二阈值设置单元，所述能量输入单元还与所述输出单元相连，所述第一阈值设置单元用于调节所述能量存储单元的充放电阈值以及所述能量输出单元的输出电压。

4、作为本发明所述能量采集电路的一种优选方案，其中：所述最大功率点调节单元包括第一电容、第一电阻和第二电阻，所述第一电容的正极与所述升压电路输入端以及所述第一电阻的正极相连，所述第一电容的负极接地，所述第一电阻正极以及所述升压电路输入端还与所述第一芯片相连，所述第一电阻的负极与所述第二电阻的正极相连，所述第二电阻的负极接地。

5、作为本发明所述能量采集电路的一种优选方案，其中：所述输出控制单元，其包括第二电容和控制模块，所述第二电容用于滤除纹波，所述控制模块用于控制所述输出单元的输出电压。

6、作为本发明所述能量采集电路的一种优选方案，其中：所述输出单元包括升压电路输出端和第四电容，所述第四电容的正极与所述升压电路输出端以及所述第一芯片相连，所述第四电容的负极接地。

7、作为本发明所述能量采集电路的一种优选方案，其中：所述能量输入单元包括备用电源模块、能量管理电路输入端、第一二极管以及第五电容，所述备用电源模块与所述第二芯片相连，所述第一二极管的阳极与所述能量管理电路输入端相连，所述第一二极管的阴极与所述第二芯片相连，所述第五电容的正极与所述第一二极管的阴极相连，所述第五电容的负极接地。

8、作为本发明所述能量采集电路的一种优选方案，其中：所述能量存储单元包括并联的第七电容和第八电容，所述第七电容和第八电容的正极均与所述第二芯片相连，所述第七电容的负极与第二二极管的阴极相连，所述第八电容的负极与所述第二二极管的阳极相连，所述第二二极管的阳极和阴极都接地。

9、作为本发明所述能量采集电路的一种优选方案，其中：所述第一阈值设置单元包括第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第三电阻、所述第四电阻和所述第五电阻的正极均与所述第二芯片相连，所述第三电阻的负极接地，所述第四电阻的负极与所述第三电阻的正极相连，所述第五电阻的负极与所述第四电阻的正极相连；所述第二阈值设置单元包括第六电阻、第七电阻和第十电容，所述第六电阻与所述第十电容并联且正负极均与所述第二芯片相连，所述第七电阻的正极与所述第六电阻与所述第十电容的负极均相连，所述第七电阻的负极接地。

10、作为本发明所述能量采集电路的一种优选方案，其中：所述能量输出单元包括通过所述第二芯片与所述能量存储单元相连的能量存储单元第一输出端和能量存储单元第二输出端，以及与所述第二芯片直接相连的低压差线性稳压器输出端。

11、本发明的另一个目的是提供一种可见光信息与能量同传输系统，其能够实现现有技术中无法实现的能量的采集功率和通信速率的均衡与调控、对无线采集能量的高效利用及对系统接收端负载的稳定自供电的问题。

12、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可见光信息与能量同传输系统，其包括，发射端，其包括第一微处理器、led驱动电路，以及led模块，所述第一微处理器的输出端与所述led驱动电路的输入端相连，所述led驱动电路的输出端与所述led模块的输入端相连；接收端，其包括光电转换器件、信息与能量解耦合电路、所述的能量采集电路、信号处理电路以及第二微处理器，所述光电转换器件的输入端接收来自所述led模块的可见光，所述光电转换器件的输出端与所述信息与能量解耦合电路的输入端相连。

13、作为本发明所述可见光信息与能量同传输系统的一种优选方案，其中：所述信息与能量解耦合电路包括，能量收集支路，用于收集电能量，其包括第八电阻；电流调控支路，其包括第九电阻；信息传输支路，用于传输电信号，其包括串联的第十四电容和第十电阻，以及与所述第十电阻并联的输出单元；所述电流调控支路用于调控流入所述信息传输支路的电流；所述能量收集支路的输出端与所述能量采集电路的输入端相连，所述能量采集电路为所述信号处理电路供电。

14、本发明的有益效果为：本发明可以根据不同的光电转换器件最大功率点电压的要求进行调整，使其都工作在最大功率处，进而使系统保持较高的能量采集功率，实现了对能量采集功率和通信速率的均衡与调控及对无线采集能量的高效利用与管理及对系统接收端负载的稳定自供电。