CN109858601A - 一种基于机械能的能传合一计数系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机械能的能传合一计数系统，包括电磁发电结构、计数测量电路、计数供能电路、控制器和无线传输模块；电磁发电结构在外部设备驱动下发电，并将电信号分别传送给计数测量电路和计数供能电路；计数测量电路通过比较输入的电信号输出相应高、低电平给控制器；计数供能电路接收电信号后在控制器的控制下进行充电或停止充电，同时计数供能电路为控制器供电；控制器根据监测计数供能电路的电压与设定电压阈值之间的关系对计数供能电路进行控制；同时根据高电平输出规律与是否需要计数之间的对应关系进行计数，并传输给无线传输模块，供外部设备读取计数数据。本发明将供能和传感合二为一，能够在发电的同时实现传感器的计数功能。

Description

一种基于机械能的能传合一计数系统

技术领域

本发明涉及电子电力技术领域，具体涉及一种基于机械能的能传合一计数系统。

背景技术

随着电子设备的普及度逐渐提高，传感器在我们生活中也越来越常见。例如在检测装置按压寿命时，需要用到红外传感器、压力传感器等来计算装置按压次数，从而计算寿命。通常情况下，这些传感器均需要供电装置(电池或是发电装置)对其进行额外供电。供电装置与传感器是两个功能独立的模块，即供电装置只负责为传感器和系统工作提供电能，而传感器则只负责信息采样功能，向系统传输所采集到的数据。在这种情况下，系统需要根据传感器位置和用电量对电路进行设计。虽然现在传感器已经往微小型化发展，但仍占据一定体积和一定用电量，并且在能量传输过程中对电路造成一定能量损耗。

现有技术有无线自供电计步鞋，其利用摩擦发电将计步鞋中的机械能转换为电能，但需要对电能进行累积后计算才能得到计数，由于使用者身高、体重以及行走习惯不同，还需要在第一次使用时对计算参考值进行标定，步骤复杂且计数精度无法得到有效保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于机械能的能传合一计数系统，将供能和传感合二为一，能够在发电的同时实现传感器的计数功能。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于机械能的能传合一计数系统，包括电磁发电结构、计数测量电路、计数供能电路、控制器和无线传输模块；

所述电磁发电结构在外部设备的驱动下发电，并将电信号分别传送给所述计数测量电路和所述计数供能电路；

所述计数测量电路通过比较输入的电信号输出相应高、低电平给所述控制器；

所述计数供能电路接收电信号后在控制器的控制下进行充电或停止充电，同时所述计数供能电路为控制器供电；

所述控制器用于监测计数供能电路的电压，并根据所述电压与设定电压阈值之间的关系对计数供能电路进行控制；同时所述控制器根据高电平输出规律与是否需要计数之间的对应关系进行计数处理，并传输给无线传输模块，供外部设备读取计数数据。

进一步地，所述计数测量电路包括至少一个电压比较器。

进一步地，所述计数供能电路包括整流电路、储能模块和保护电路；

整流电路对电能进行整流后输送给所述储能模块；所述储能模块将两端电压反馈给所述控制器，同时储能模块将电能输出给所述保护电路；所述保护电路通过整流、滤波后为控制器提供电能。

进一步地，所述储能模块包括储能元件和储能电路，储能电路通过对电能进行均压、稳压及稳流处理，将电能输送给储能元件进行电能存储；储能元件将两端电压反馈给控制器。

进一步地，所述储能元件为锂电池、蓄电池、超级电容器或柔性超级电容器。

进一步地，根据无线传输模块的充电类别，所述控制器控制是否利用所述储能模块对无线传输模块进行无线充电。

有益效果：

1、在很多情况下，在发电过程中有些电信号本身即会存在一些明显特征，或是该电信号的变化与某些物理量的变化有紧密关系，利用这样的关系特征，即可实现在发电过程中直接利用得到的电信号完成一部分传感器的工作，从而减少了传感器的数量，因此本发明将发电装置和传感器进行了有效结合，使得设备在发电的同时实现传感器的计数功能，使得电路中无需再使用传感器，一套电路即可完成供电和计数两个功能，简化了电路，节约了能源，而且装置无需额外供电，可以实现系统电能自给自足。

2、本发明应用场景广泛，利用本发明实现计数功能的设备可以根据实际所需将设备体积进行放大或缩小，适用于所有具有往复运动模式的装置，灵活性好。

3、本发明储能元件可以选用锂电池、蓄电池、超级电容器或柔性超级电容器，使得本发明的计数系统适用范围广、兼容性好，不受储能元件的类别限制。

附图说明

图1为本发明系统原理示意图；

图2为应用实施例A的系统原理示意图；

图3为应用实施例A的应用结构示意图；

图4为应用实施例A的工作流程图；

图5为应用实施例B的应用结构示意图；

图6为应用实施例C的应用结构示意图。

其中，1-应用于订书机的能传合一计数装置，2-订书机，3-应用于按压式印章的能传合一计数装置，4-按压式印章，5-应用于鞋子的能传合一计数装置，6-鞋子。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于机械能的能传合一计数系统，可以应用在具有往复运动特点的设备上，无需额外供电，无需添加传感器，实现能源传感合二为一，完成计数功能，从而达到装置寿命检测、人体健康监督等目的。

如图1所示，包括电磁发电结构、计数测量电路、计数供能电路、控制器和无线传输模块。计数测量电路包括一个电压比较器，与电磁发电结构和控制器分别连接。若电磁发电结构输出一路以上信号，则对应设置一个以上电压比较器，组合后输出单信号给控制器。计数供能模块包括整流电路、储能模块和保护电路。其中整流电路与电磁发电结构和储能模块分别连接，储能模块包括储能电路和储能元件，与控制器和保护电路分别连接，保护电路与控制器相连。控制器和无线传输模块之间没有导线连接。根据无线传输模块的种类决定该无线传输模块是否需要控制器控制其进行无线充电。

具体为电磁发电结构在受到往复运动的驱动下开始发电，电信号分别输送给电压比较器和整流电路。电压比较器根据输入信号，输出相应的高低电平给控制器，当控制器接收到高电平时根据一定编程规则进行计数处理，该编程规则根据高电平输出规律与是否需要计数之间的对应关系进行编写，并根据一定编程规则将新的记录通过无线传输协议输送给无线传输模块。整流电路将得到的交流电整流成直流电，并输送给储能模块。储能模块中的储能电路通过对电能进行均压、稳压及稳流处理，将电能输送给储能元件进行电能存储。储能元件可以为锂电池、蓄电池、超级电容器或柔性超级电容器等。储能模块将储能元件两端电压反馈给控制器，控制器从而对储能元件实行电压监测。当储能元件两端电压达到一定阈值后，控制器发出控制信号停止对储能元件继续充电，当储能元件两端电压小于一定阈值时，控制器发出控制信号开始对储能元件进行充电。控制器判断无线传输模块种类，控制储能模块是否对无线传输模块进行无线供电。储能模块再将储能元件中的电能输送到保护电路中，保护电路实现防过压、过流及短路保护，实现对控制器的供电。

保护电路还可以与外接负载相连，利用储能模块中储能元件内的电能给外接负载充电。

图2-图4展示了该系统一个应用实施例A，本实施例A选择具有标准往复运动模式的订书机2作为应用系统，应用于订书机的能传合一计数装置1中采用NFC功能模块作为无线传输模块，小型超级电容器作为储能元件。当订书机2按下时，电磁发电结构受到压力驱动开始发电，按下和抬起时该电磁发电结构均会产生一个小脉冲信号。该脉冲信号传递给电压比较器，电压比较器在得到脉冲信号时会输出高电平。因此订书机2的每一次按压动作会在电压比较器得到两次高电平。控制器通过处理接收到这两次高电平的时间差来判断这是同一次按压动作还是下一次按压动作，从而实现计数加一的处理。在一段时间计数并未继续得到更新后，控制器将新得到的数值发送给NFC功能模块，利用安装有相关app的手机贴近NFC功能模块即可方便读取到按压次数的记录数据。NFC功能模块无需进行供电即可工作，因此控制器在此时控制储能模块无需对NFC功能模块进行无线充电操作。在订书机2按下的同时，电流也会流经整流电路中，由于按下和抬起时的运动方向相反，此时产生交流电。通过整流电路将交流电整流成直流电，输送给储能模块。储能模块中的储能电路对电能进行均压、稳压及稳流处理，使之转换成能够给小型超级容器安全充电的电能。储能模块将小型超级电容器两端的电压反馈给控制器，使控制器实现对储能模块的电压监控。在控制器发现超级电容器两端电压达到阈值时，储能电路停止对超级电容器的充电；当超级电容器两端电压小于阈值时，储能电路开始对超级电容器充电。当需要给控制器供电时，储能模块将电能输送给保护电路，保护电路通过防过压、过流及短路保护，实现对控制器的安全供电。整体系统无需外界供电，无需连接额外传感器，订书机2在完成正常装订任务时即可实现对其按压次数的记录和读取，从而完成对订书机2按压寿命的测算。

图5展示了该系统一个应用实施例B，图6展示了该系统一个应用实施例C，应用实施例B和应用实施例C具体工作情况与应用实施例A基本相似，不同的是应用实施例B即应用于按压式印章的能传合一计数装置3依靠印章按压时驱动电磁发电结构，应用实施例C即应用于鞋子的能传合一计数装置5依靠人体踩踏鞋子6驱动电磁发电结构。这三种应用实施例中，应用实施例C发出的电量相对最大，因此应用实施例C中可以采用保护电路与外接负载连接，能够继续为除控制器外的外接负载供电，充当充电宝的功能。应用实施例B和应用实施例C中的系统均无需外界供电，无需连接额外传感器。按压式印章4在完成正常盖印任务时即可实现对按压次数的记录和读取，从而完成对按压式印章4按压寿命的测算；鞋子6被用户正常穿戴行走即可实现对步数的记录和读取，完成现有计步鞋具备的计步功能，步骤简单、计数精度高，并且无需外界供电，进一步的优于现有计步鞋，实现对人体健康数据的监测。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于机械能的能传合一计数系统，其特征在于，包括电磁发电结构、计数测量电路、计数供能电路、控制器和无线传输模块；

所述电磁发电结构在外部设备的驱动下发电，并将电信号分别传送给所述计数测量电路和所述计数供能电路；

所述计数测量电路通过比较输入的电信号输出相应高、低电平给所述控制器；

所述计数供能电路接收电信号后在控制器的控制下进行充电或停止充电，同时所述计数供能电路为控制器供电；

所述控制器用于监测计数供能电路的电压，并根据所述电压与设定电压阈值之间的关系对计数供能电路进行控制；同时所述控制器根据高电平输出规律与是否需要计数之间的对应关系进行计数处理，并传输给无线传输模块，供外部设备读取计数数据。

2.如权利要求1所述的基于机械能的能传合一计数系统，其特征在于，所述计数测量电路包括至少一个电压比较器。

3.如权利要求1所述的基于机械能的能传合一计数系统，其特征在于，所述计数供能电路包括整流电路、储能模块和保护电路；

整流电路对电能进行整流后输送给所述储能模块；所述储能模块将两端电压反馈给所述控制器，同时储能模块将电能输出给所述保护电路；所述保护电路通过整流、滤波后为控制器提供电能。

4.如权利要求3所述的基于机械能的能传合一计数系统，其特征在于，所述储能模块包括储能元件和储能电路，储能电路通过对电能进行均压、稳压及稳流处理，将电能输送给储能元件进行电能存储；储能元件将两端电压反馈给控制器。

5.如权利要求4所述的基于机械能的能传合一计数系统，其特征在于，所述储能元件为锂电池、蓄电池、超级电容器或柔性超级电容器。

6.如权利要求3所述的基于机械能的能传合一计数系统，其特征在于，根据无线传输模块的充电类别，所述控制器控制是否利用所述储能模块对无线传输模块进行无线充电。