太阳能供电模块设计

    钨矿尾矿库监测预警系统是由多个无线Zigbee节点构成的面向任务的网络框架,其应用传感器技术、 K3MF8F80DM-MGCE无线通信技术、分布式信息处理技术等将各类传感器采集到的监测信息传送到计算机进行综合处理。电能是无线乙gbce传输网络组成的重要部分,监测网络的使用寿命主要取决于电能,传感器节点的只要没有电源供给,在网络中就会失效并退出监测网络,而由余下的节点形成自组织的新网络。故无线传感器网络的能源问题至关重要。

    由于无线监测网络应用场地在野外的尾矿库,使用工业电源比较困难,一般靠自身传输或是取自于自然能。目前传感器节点一般都是依靠资自身存储有限能源的化学电池供电,如干电池或是镍电池等。在钨矿尾矿库现场进行电池更换极其不便,为实现节点长期正常I作,本书采用太阳能供电单元为无线传感器节点供电。

    太阳能供电单元的系统纬构如图5.22所示,主要由太阳能电池组、超级电容组、锂电池、稳压器等构成。系统选用输出电压5.5V,输出电流140~150mA的单晶硅太阳能电池组将太阳能转化为电能。充、放电控制模块进行供电与充电的管理,具有防反充、过充、过放电控制等功能,使超级电容组与锂电池保持在最佳工作状态,同时实现在不同光照条件下的供能元件切换。两个电容存储量为25F、耐压为2.7V的超级电容串联(减小漏电流)作为主要的能量存储器,在光照充足时为传感器节点供电。当光照较弱、阴雨天气,或是超级电容无法为系统供电时,可由后备能量储存器锂电池供电。根据Zigbcc节点峰值电流和传感器的I作电流之和,选用容量为90fllmAh、工作电压为3.6~4.2V的锂电池作为系统的第二能量储存器。

    超级电容(黄金电容)有别于传统的电池和电容,主要通过极化电解质进行能量的可逆存储,属于双电层电容器。其功率密度高达普通电池的5~10倍,应用在大电流放电场合时能量转换效率高,电容原材料绿色环保、成本低,可进行深度循环充放电且每次时间极短。克服了普通电池充放电控制电路复杂、工作温度范围小、过度充放对电池造成负面影响等缺点。结合超级电容功率密度高及蓄电池能量密度高的特点,将两者分别作为太阳能供电模块的主要能量存储器及后备能量存储器,实现在不同的光照条件下的供电元件切换。