無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )電源智能控制系統設計
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無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(Wireless Sensor Network，WSN)是一種由傳感器節點(diǎn)構成的網(wǎng)絡(luò )，能夠實(shí)時(shí)地監測、感知和采集節點(diǎn)部署區的觀(guān)察者感興趣的感知對象的各種信息(如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現象)，并對這些信息進(jìn)行處理后以無(wú)線(xiàn)的方式發(fā)送出去，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )最終發(fā)送給觀(guān)察者。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在軍事偵察、環(huán)境監測、醫療護理、智能家居、工業(yè)生產(chǎn)控制以及商業(yè)等領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )大部分是采用電池供電，工作環(huán)境通常比較惡劣。而且數量大，更換電池非常困難，所以低功耗是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )最重要的設計準則之一。在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)有些模塊不工作或者處于休眠狀態(tài)時(shí)，就可以將其供電電路斷開(kāi)以節約用電，當有指令將其喚醒時(shí)，則接通其供電電路以保證系統的正常工作。這樣便可有效節約電能，延長(cháng)電池的供電時(shí)間和使用壽命，同時(shí)也保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的工作質(zhì)量，延長(cháng)了使用壽命。
1 系統電源模塊硬件設計
本系統電源模塊主要對電源檢測、電源開(kāi)關(guān)智能控制以及電源轉換進(jìn)行了設計。電路系統硬件構成框圖如圖1所示。
本電源系統各部分主要實(shí)現的功能如下：供電電源由2塊12 V的鉛酸蓄電池串聯(lián)而成，為系統提供24 V的直流電壓；電池檢測模塊主要是通過(guò)對供電電源的輸出電壓進(jìn)行取樣，以獲取蓄電池的電量消耗信息，實(shí)時(shí)對電池充電以保證整個(gè)系統正常穩定的工作；電源各路開(kāi)關(guān)控制模塊主要是根據系統負載的工作狀態(tài)，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制決定是否為該負載供電，以此來(lái)降低待機功耗，延長(cháng)電池的使用時(shí)間；電源變換模塊主要用模塊DC-DC轉換器作為構建單元實(shí)現電源電壓的轉換為負載提供合適的電壓。
1.1 電池檢測模塊電路設計
電池檢測模塊通過(guò)對供電電源輸出電壓取樣來(lái)判斷蓄電池的電量是否充足。在此將電源輸出電壓劃分為：25 V以上為電池電量滿(mǎn)狀態(tài)、24.2～25 V為電池電量充足狀態(tài)、23.5～24.2 V為電池正常工作狀態(tài)、22.8～23.5 V為電池電量不足但尚能工作狀態(tài)、22.8 V以下為電池不能正常工作狀態(tài)5個(gè)狀態(tài)，通過(guò)狀態(tài)讀取來(lái)判斷電池能否正常為整個(gè)系統供電，決定是否為電池充電，以保證整個(gè)系統的正常運行。該模塊電路結構如圖2所示。
該模塊電路主要由低壓差線(xiàn)性調壓器(LMlll7)、取樣電阻(R1，R2，R3，R4，R5)、電壓比較器(LMl39)、反相器(74HC04)以及編碼器(74HCl48)構成。低壓差線(xiàn)性調壓器LMlll7提供3.3 V的基準電壓，與取樣電阻所獲得的取樣電壓輸入電壓比較器LMl39進(jìn)行比較，再由電壓比較器輸出的高低電平，經(jīng)過(guò)反相器74HC04輸入到編碼器74HCl48中進(jìn)行編碼，通過(guò)編碼器輸出的二進(jìn)制碼來(lái)反映電池電量信息。
電池電壓取樣電阻網(wǎng)絡(luò )是通過(guò)取樣電阻的組合對電池的輸出電壓進(jìn)行分壓取樣，各電阻端點(diǎn)對應的電池電壓狀態(tài)值分別為：R2對應22.8 V，R3對應23.5 V，R4對應24.2 V，R5對應25 V。當電池輸出的電壓值等于各個(gè)電阻設定的狀態(tài)值時(shí)，則該電阻端取樣電壓為3.3 V；當電池輸出的電壓值大于各個(gè)電阻設定的狀態(tài)值時(shí)，則該電阻端取樣電壓大于3.3 V；當電池輸出的電壓值小于各個(gè)電阻設定的狀態(tài)值時(shí)，則該電阻端取樣電壓小于3.3 V。取樣電阻R1，R2，R3，R4，R5的取值可由下面的方程組求得：
解得：
編碼器74HCl48低電平有效，所以在比較器LMl39的后面又接了反相器74HC04，編碼器輸入/輸出的二進(jìn)制碼(真值表)與電池電壓的關(guān)系如表1所示。
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