一种基于微能量采集的ZigBee终端及系统

本技术涉及无线通信，具体涉及一种基于微能量采集的zigbee终端及系统。

背景技术：

1、随着物联网技术的不断发展和普及，物联网终端设备作为连接物理世界与通信网络的纽带在各类物联网场景中不可或缺。人们对于基于传感器的数据采集需求也越来越大，这类数据的采集通常通过各类传感器来完成，然后传输到数据中心或者控制中心进行统一处理和分析。其中，无线传输技术是实现数据传输的重要手段之一，而zigbee技术作为一种低功耗、低速率的无线通信协议，其能源消耗显著低于其他无线通信技术，而且当zigbee进入休眠状态时，其消耗的功率将会进一步降低，因此被广泛应用于低功耗物联网领域。

2、由于海量的终端设备的正常工作依赖于电能的稳定、持续供应，因此其供能方式的选择十分重要。目前，终端设备通常可采用市电供电、电池供电或太阳能板等其他方式供电。其中，市电供电方式需要铺设专门的供电环境，因此不适合海量设备便捷投入使用和灵活更换。而采用电池等供电方式与zigbee终端设备的结合能够很好实现终端设备的灵活部署，但由于电池体积大、寿命短、成本高且后期维护困难，同样不利于zigbee终端设备的使用。而且当设备数量指数增长时，随着设备耗电量的增大，需要更换电池的频率和工作量也将随之激增。

3、此外，传统的zigbee终端设备由于处于一直工作状态，其耗能较大，而现有的方案一般采用长时休眠定时唤醒的工作方式，这虽然在很大程度上能够降低系统的平均功耗、延长设备的使用寿命，但由于终端设备一般在设计时其连接的传感器、控制模块等基本上长期处于工作状态，因此这样的设计方案不利于多功能zigbee终端进入休眠状态，无法实现系统低功耗的目的。

技术实现思路

1、本实用新型提供的一种基于微能量采集的zigbee终端及系统，主要用于解决现有zigbee设备的供电方式导致物联网终端设备部署受限、供电时长受限、维护困难、功耗较大等问题，从而达到灵活部署、提供持久的电源供给、大幅降低维护工作量以及功耗的效果。

2、本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种基于微能量采集的zigbee终端，包括微能量采集模块、zigbee模块以及传感器模块，所述微能量采集模块分别与能量转换装置、储能装置连接，用于通过采集环境能量实现冷启动，并用于从所述能量转换装置持续提取直流电，从而对所述储能装置充电，所述微能量采集模块输出第一供电电源至所述zigbee模块，所述传感器模块根据部署方式包括至少一个传感器、与所述传感器的电源输入端连接的控制开关，所述zigbee模块的输出端与所述控制开关的控制端连接，用于通过所述控制开关控制所述传感器的电源通断，所述zigbee模块的信号输入端与所述传感器的输出端连接，用于接收来自所述传感器输出的检测信号，并用于通过组建zigbee网络将所述检测信号进行无线传输。

4、进一步的方案是，所述微能量采集模块包括冷启动电路、能量切换模块以及储能管理模块，所述冷启动电路用于在低至400mv电压和15μw功率的所述环境能量输入时冷启动；所述能量切换模块用于在所述储能装置电能耗尽时自动切换至一次电池供电，以确保zigbee终端的持续供电；所述储能管理模块用于对所述储能装置进行过充电和过放电的保护参数配置。

5、进一步的方案是，所述zigbee模块采用型号为e18-ms1-pcb的贴片式zigbee模块，其采用pcb板载天线，所述天线的发射功率2.5mw。

6、进一步的方案是，所述传感器模块包括第一mos管、温湿度传感器及其外围电路，所述第一mos管的源极接入所述第一供电电源，其漏极与所述温湿度传感器的电源输入端连接，其栅极与所述zigbee模块的第一输出端连接，所述温湿度传感器用于采集温度和湿度信号，并将所述温度和湿度信号反馈至所述zigbee模块。

7、进一步的方案是，所述传感器模块包括第二mos管、水浸检测模块及其外围电路，所述第二mos管的源极接入所述第一供电电源，其漏极与所述水浸检测模块的电源输入端连接，其栅极与所述zigbee模块的第二输出端连接，所述水浸检测模块用于检测被测范围的漏水情况，当检测到漏水时则发送漏水信号至所述zigbee模块。

8、进一步的方案是，所述传感器模块包括第三mos管、人体感应传感器及其外围电路，所述第三mos管的源极接入所述第一供电电源，其漏极与所述人体感应传感器的电源输入端连接，其栅极与所述zigbee模块的第三输出端连接，所述人体感应传感器用于感应被测空间中人体的运动情况，并将检测到的人体感应信号反馈至所述zigbee模块。

9、进一步的方案是，还包括dc-dc升压模块，所述dc-dc升压模块包括第四mos管、电压转换器，所述第四mos管的源极与所述微能量采集模块的储能输出端连接，其漏极与所述电压转换器的输入端连接，其栅极与所述zigbee模块的第四输出端连接，所述dc-dc升压模块用于将储能输出电压转换为第二供电电源。

10、进一步的方案是，所述传感器模块包括第五mos管、烟雾传感器及其外围电路，所述第五mos管的源极接入所述第二供电电源，其漏极与所述烟雾传感器的电源输入端连接，其栅极与所述zigbee模块的第五输出端连接，所述烟雾传感器用于监测烟雾的浓度，当烟雾浓度超过规定值则发送烟雾报警信号至所述zigbee模块。

11、进一步的方案是，还包括告警模块，所述告警模块包括告警装置、第一开关管，所述告警装置的电源正极接入所述第二供电电源，其负极与所述第一开关管的集电极连接，其发射极接地，其基极与所述zigbee模块的第六输出端连接，所述告警模块用于接收来自所述zigbee模块的告警信号，并进行告警。

12、一种基于微能量采集的zigbee系统，包括能量转换装置、储能装置、一次电池、所述的一种基于微能量采集的zigbee终端以及系统控制平台，微能量采集模块分别与所述能量转换装置、储能装置、一次电池连接，所述能量转换装置用于将其他形式的能量转换为电能，所述微能量采集模块通过冷启动后从所述能量转换装置持续提取直流电，从而对所述储能装置充电，所述微能量采集模块通过ldo稳压器输出供电电源为所述zigbee终端供电，并在所述储能装置电能耗尽时自动切换至所述一次电池供电，以确保所述zigbee终端的持续供电，zigbee模块以无线传输方式通过zigbee网络将传感器模块输出的检测信号传输至所述系统控制平台。

13、由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

14、1、本实用新型采用微能量采集模块通过环境中微能量收集，能够在超低电压和超低输入功率下实现冷启动，启动后可从能量转换装置(如太阳能电池板等)中持续地提取直流电，为存储装置(如电池或超级电容器)充电，并通过ldo稳压器为zigbee模块、传感器模块提供稳定的的工作电压，相比传统的采用市电供电的方式，无需铺设专门的供电环境，仅需通过提取能量转换装置中的直流电，且能量提取效率高，能够保证zigbee模块、海量传感器等的电源供应，因此能够为物联网终端设备的大规模、快速部署提供有效支撑；

15、2、本实用新型采用微能量收集+ldo稳压器输出+储能装置或一次电池输出的三级电源管理，能够实现高电压或低电压同时供电输出、环境微能量不足时自动切换一次电池，从而保证不间断供电。相比传统的仅采用电池供电的方式，采用环境能量能够有效节约电池电能，通过能量转换装置可以实现绿色清洁能源的使用，且无需忧虑电池供电不足、需要定时更换维护等问题，具有一次部署后期免维护的优点，适用于海量的无线物联网节点的全生命周期供电使用；

16、3、本实用新型zigbee终端具备超高的集成化设计，采用集成一体化模块及其配套的功能电路，设计了覆盖微能量采集、电源管理、zigbee通信以及传感器检测的完整电路，通过优化模块硬件设计，能够实现采用最少bom满足灵活多样的应用场景需求，提高了系统集成度，降低了系统成本，显著减小了zigbee终端的体积。

17、下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。