太陽能供電模塊設(shè)計

    鎢礦尾礦庫監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是由多個無線Zigbee節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的面向任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)框架,其應(yīng)用傳感器技術(shù)、 K3MF8F80DM-MGCE無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等將各類傳感器采集到的監(jiān)測信息傳送到計算機(jī)進(jìn)行綜合處理。電能是無線乙gbce傳輸網(wǎng)絡(luò)組成的重要部分,監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的使用壽命主要取決于電能,傳感器節(jié)點(diǎn)的只要沒有電源供給,在網(wǎng)絡(luò)中就會失效并退出監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),而由余下的節(jié)點(diǎn)形成自組織的新網(wǎng)絡(luò)。故無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能源問題至關(guān)重要。

    由于無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場地在野外的尾礦庫,使用工業(yè)電源比較困難,一般靠自身傳輸或是取自于自然能。目前傳感器節(jié)點(diǎn)一般都是依靠資自身存儲有限能源的化學(xué)電池供電,如干電池或是鎳電池等。在鎢礦尾礦庫現(xiàn)場進(jìn)行電池更換極其不便,為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)長期正常I作,本書采用太陽能供電單元為無線傳感器節(jié)點(diǎn)供電。

    太陽能供電單元的系統(tǒng)緯構(gòu)如圖5.22所示,主要由太陽能電池組、超級電容組、鋰電池、穩(wěn)壓器等構(gòu)成。系統(tǒng)選用輸出電壓5.5V,輸出電流140~150mA的單晶硅太陽能電池組將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。充、放電控制模塊進(jìn)行供電與充電的管理,具有防反充、過充、過放電控制等功能,使超級電容組與鋰電池保持在最佳工作狀態(tài),同時實(shí)現(xiàn)在不同光照條件下的供能元件切換。兩個電容存儲量為25F、耐壓為2.7V的超級電容串聯(lián)(減小漏電流)作為主要的能量存儲器,在光照充足時為傳感器節(jié)點(diǎn)供電。當(dāng)光照較弱、陰雨天氣,或是超級電容無法為系統(tǒng)供電時,可由后備能量儲存器鋰電池供電。根據(jù)Zigbcc節(jié)點(diǎn)峰值電流和傳感器的I作電流之和,選用容量為90fllmAh、工作電壓為3.6~4.2V的鋰電池作為系統(tǒng)的第二能量儲存器。

    超級電容(黃金電容)有別于傳統(tǒng)的電池和電容,主要通過極化電解質(zhì)進(jìn)行能量的可逆存儲,屬于雙電層電容器。其功率密度高達(dá)普通電池的5~10倍,應(yīng)用在大電流放電場合時能量轉(zhuǎn)換效率高,電容原材料綠色環(huán)保、成本低,可進(jìn)行深度循環(huán)充放電且每次時間極短。克服了普通電池充放電控制電路復(fù)雜、工作溫度范圍小、過度充放對電池造成負(fù)面影響等缺點(diǎn)。結(jié)合超級電容功率密度高及蓄電池能量密度高的特點(diǎn),將兩者分別作為太陽能供電模塊的主要能量存儲器及后備能量存儲器,實(shí)現(xiàn)在不同的光照條件下的供電元件切換。