一种自发电无线发射装置的制作方法

1.本实用新型涉及自发电技术领域，尤其涉及一种自发电无线发射装置。


背景技术：

2.发电装置特别是脉冲式动能发电装置是将动作的机械能转换为脉冲电能的装置，其系统本身不需要其他能源输入，发电装置是系统的唯一电能来源。其典型的应用领域是自发电无线电开关，操作者按下并释放开关，其内部的脉冲式发电机将产生两次电能，装置使用该能量驱动内部的电路模块工作，最终实现无线信号的发送。
3.在现有自发电开关的使用中，一般是按下去和复位的时候发电机分别动作一次，分别产生一次脉冲的能量。且一般来说，现有自发电开关使用时都是在下压的时候发送一次无线报文，在回弹的时候发送一次报文或不发送报文。假如下压和回弹的能量都是150uj，那么，能发送的报文的长度或功率就会受到这个150uj能量值的限制。所以，如果希望能够发送更大的功率或发送更长的报文，就需要更大能量的发电机，这样就会导致更大的体积或成本。
4.而除了使用更大能量的发电机之外，还有种办法就是找到一种方式，合并按压和回弹的能量，一起给后端电路供电，借此可以发送更大功率或更长的无线报文。在这种方式下，由于用户下压和回弹的之间总会有一定的时间间隔，如果按下的时候电路就在开始耗电，则还未等到回弹的时候电就会被耗尽了，因此，需要有特殊的电路，来实现如下目的：下压的时候，虽然电路中已经有电，但是主要的耗电部分不能工作或处于极低功耗的模式，等待回弹的时候，才切换为正常模式，进而发送报文。
5.为了解决这一问题，专利cn109507470a公开了一种基于极性检测的自供电方法和装置，能实现需复位的自供电的电子装置操作时产生的能量和复位时产生的能量合并利用。其核心思路是：发电机第一次动作时，先将能量进行暂存，一部分电能流入处理装置，用于维持处理装置工作在模式1；发电机复位时，极性检测装置向处理装置输出检测信号，从而触发处理装置切换至工作模式2。但该技术虽然能够解决单次动作能量不足进行合并利用两次能量的问题，但是，其处理装置在工作模式1的时候还需要实现低功耗功能，这些低功耗功能虽然说的是低功耗，但可能有的单片机即使在低功耗模式功耗也比较高，等到发电机弹起来的时候，按下去的电能已经被消耗很多了。
6.再例如专利cn104904094，cn106787592a都公开了一种需复位的自发电装置的电源控制方法和设备，能实现需复位的自供电的电子装置操作时产生的能量和复位时产生的能量合并利用。其核心思路是：发电机第一次动作时，先将能量进行过暂存，通过一个开关使得此时能量存储装置与负载断开；发电机复位时，开关接通，然后再将第一次动作和复位时分别产生的两份能量合并后送往负载。但该技术虽然能够解决单次动作能量不足进行合并利用两次能量的问题，但是，其需要在电路中引入一个开关，增加了电路的难度。
7.鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的之一在于克服现有技术中自发电装置电路复杂以及在低功耗模式下也可能耗电多的缺陷。
9.本实用新型是这样实现的：
10.本实用新型提供一种自发电无线发射装置，包括发电装置、储能装置、极性识别装置、电压变换装置和后端模块，其中，发电装置、储能装置、电压变换装置和后端模块依次连接，具体的：
11.所述发电装置在第一方向运动所发电的极性与在第二方向运动所发电的极性相反；
12.所述储能装置储存所述发电装置在至少一次运动下所产生的间歇性电能；
13.所述电压变换装置在所述发电装置进行第一方向运动时处于第一工作模式；
14.所述极性识别装置的一端与所述发电装置的输出端口相连，另一端连接所述电压变换装置的使能引脚；其中，所述极性识别装置在所述发电装置进行第二方向运动时输出脉冲信号至所述电压变换装置的使能引脚，触发所述电压变换装置切换至第二工作模式。
15.进一步的，所述电压变换装置在第一工作模式下不输出电能，所述后端模块不工作，所述电压变换装置在第二工作模式下输出电能给后端模块，所述后端模块工作。
16.进一步的，所述脉冲信号为高电平脉冲，所述脉冲信号宽度为1
‑
100ms。
17.进一步的，所述极性识别装置包括二极管d6以及电容c3；
18.所述二极管d6的一端与所述发电装置的输出端口相连，所述二极管d6的另一端与所述电压变换装置的使能引脚相连；
19.所述电容c3的一端并联在所述二极管d6与所述电压变换装置的使能引脚之间，所述电容c3的另一端接地。
20.进一步的，所述发电装置为带复位结构的磁电式脉冲发电装置，包含由软磁体、永磁体和线圈组成的发电体以及由复位弹簧组成的复位装置。
21.进一步的，还包括整流装置，所述整流装置位于发电装置和储能装置之间。
22.进一步的所述储能装置包括：
23.电容、电感、储能化学材料和储能机械装置中的一种或者多种。
24.进一步的，在所述储能装置具体为电容c1时，所述电容c1的一端分别与所述整流装置的第一输出端以及所述电压变换装置的第一输入端相连，所述电容c1的另一端分别与所述整流装置的第二输出端以及所述电压变换装置的第二输入端相连。
25.进一步的，所述电压变换装置包括控制器、开关管k1、二极管d5、电感l1、电容c2以及辅助电源，具体的：
26.所述辅助电源的第一输入端、第二输入端分别与所述储能装置的第一输出端、第二输出端相连，所述辅助电源的输出端与所述控制器的输入端相连；
27.所述控制器的第一输出端连接开关管k1的一端，所述开关管k1的另一端连有电感l1，然后连接在电容c2的第一端，所述控制器的第二输出端连接在电容c2的第二端；
28.所述二极管d5的正极并联在所述控制器的第二输出端与所述电容c2的第二端之间，所述二极管d5的负极并联在所述开关管k1与所述电感l1之间；
29.所述电容c2的第一端、第二端还分别连接所述后端模块的第一输入端、第二输入
端，所述电容c2的第二端还接地连接。
30.进一步的，所述后端模块包括主控芯片及无线发射电路，所述后端模块在所述电压变换装置处于第二工作模式时进行无线报文的发送。
31.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：将按下与弹起产生的电能合并利用，使发电装置在按下时产生的电能存储在电容中，只有在发电装置复位时才触发后端模块工作，且本实用新型借用了电压变换装置本身一般都具有两个模式(一个关机模式，一个正常模式)的特点，不需要额外再引入开关，也不需要后端模块(处理器)去实现低功耗模式，通过本实用新型电压变换装置自带的关机模式，其在关机模式下本身的功耗(漏电流)很低，一般都比单片机的低功耗模式要低，这样一来就能更好的避免电能的消耗，且本实用新型在达成上述技术效果的情况下，结构简单、电路简化，大大降低了类似技术方案的电路设计难度，节约了生产成本。
附图说明
32.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
33.图1为本实用新型实施例提供的一种自发电无线发射装置的结构框图；
34.图2为本实用新型实施例提供的发电装置产生的电势效果示意图；
35.图3为本实用新型实施例提供的一种自发电无线发射装置的结构示意图；
36.图4为本实用新型实施例提供的带复位结构的磁电式脉冲发电装置的结构示意图；
37.图5为本实用新型实施例提供的发电装置管脚极性和外力动作示意图；
38.图6为本实用新型实施例提供的压电陶瓷发电装置的工作状态示意图；
39.图7为本实用新型实施例提供的一种自发电无线发射装置的细化电路示意图。
具体实施方式
40.在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
41.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.如图1所示，本实用新型实施例提供一种自发电无线发射装置，包括发电装置、储能装置、极性识别装置、电压变换装置和后端模块，其中，发电装置、储能装置、电压变换装置和后端模块依次连接，具体的：
43.发电装置的运动为往复运动，且第一方向运动所发电的极性与第二方向运动的发电的极性相反。如图2所示为发电装置动作产生的电势，发电装置往复动作一次产生一个如
图2所示的能量，该能量的特点是持续时间短，峰值高，且两次动作时能量的极性相反。vp是两次动作的电压峰值，tw是单次动作产生的能量持续时间。
44.储能装置储存所述发电装置在至少一次运动(该一次运动指一次往复运动，包含往复两个动作)下产生的间歇性电能。
45.电压变换装置在所述发电装置进行第一方向(例如发电机的按下)运动时处于第一工作模式。
46.极性识别装置的一端与所述发电装置的输出端口相连，另一端连接所述电压变换装置的使能引脚；其中，所述极性识别装置在所述发电装置进行第二方向(例如发电机的弹起)运动时输出脉冲信号至所述电压变换装置的使能引脚，触发所述电压变换装置切换至第二工作模式。
47.在本优选实施例中，所述电压变换装置在第一工作模式下是处于低功耗模式(或关机模式)，不输出电能给后端模块，所以后端模块不工作，只有当所述电压变换装置在第二工作模式时，才输出电能给后端模块，使后端模块工作。具体地，电压变换装置的使能引脚为低电平的时候，电压变换装置处于“关机”模式或低功耗模式(即第一工作模式)，电压变换装置的使能引脚为高电平的时候，电压变换装置处于正常模式(即第二工作模式)。
48.也即是说，在本优选实施例中，使电压变换装置切换至第二工作模式的脉冲信号为高电平脉冲(宽度为1
‑
100ms)，也即本实施例中电压变换装置的使能引脚在接收到高电平脉冲时，才会触发所述电压变换装置切换至第二工作模式。
49.如图3所示，在本优选实施例中，还包括整流装置，所述整流装置位于发电装置和储能装置之间，用于对发电装置所产生的电能进行整流，然后再储存在储能装置中。
50.在本优选实施例中，所述储能装置包括电容、电感、储能化学材料和储能机械装置中的一种或者多种。在所述储能装置具体为电容c1时，所述电容c1的一端分别与所述整流装置的第一输出端以及所述电压变换装置的第一输入端相连，所述电容c1的另一端分别与所述整流装置的第二输出端以及所述电压变换装置的第二输入端相连。
51.在本优选实施例中，发电装置的电能通过整流存储之后，储能电容c1的电压范围一般为1
‑
20v，此时电压变换装置为降压变化，输出为1v
‑
3v。当然，也可以通过调整储能电容c1的值，使得储能电容c1的电压范围为0
‑
3v，相应的电压变换装置为升压变化。
52.在本优选实施例中，发电装置具体表现为带复位结构的磁电式脉冲发电装置，如图4所示。其包含软磁体、永磁体和线圈组成的发电体和复位弹簧组成的复位装置。该发电装置在外力动作下通过按压和复位产生能量，相应的能量示意图如图2所示。图5中的1脚：负极和2脚：正极分别是发电装置的第一输出端和第二输出端的具体表现。本实施例可实现将按压和复位两次动作的能量连续起来使用，来完成一次高耗能的任务，此时，两次动作分别由按压外力动作和来自复位弹簧的复位动作构成。
53.在另一实施例中，发电装置还可以是压电陶瓷片，如图6所示，其下压和复位时分别产生脉冲电能，相应的能量示意图也如图2所示。
54.在本优选实施例中，还提供了一种具体的电路结构设计方案，如图7所示，所述整流装置为由二极管d1、d2、d3、d4组成的整流桥，所述极性识别装置包括二极管d6以及电容c3；所述二极管d6的一端与所述发电装置的第一输出端相连，所述二极管d6的另一端与所述电压变换装置的使能引脚相连；所述电容c3的一端并联在所述二极管d6与所述电压变换
装置的使能引脚之间，所述电容c3的另一端接地。
55.需要说明的是，本实施例中对应电压变换装置的第一工作模式时，发电装置的第一输出端口在按下时输出的是正向脉冲，而该脉冲被极性识别装置中的d6阻挡，无法通过，只有当发电装置的第一输出端口在复位时输出负向脉冲，该脉冲才能通过d6给c3充电，进而输出一个高电平脉冲到控制器的使能引脚处，从而激活控制器进入第二工作模式。而在其他实施例中，上述过程也可以是发电装置的第一输出端口在按下时输出负向脉冲被阻挡，只有复位时输出正向脉冲才能通过d6，进而激活控制器进入第二工作模式。总之，在本实施例技术方案启示下，无需创造性劳动便能够等同设计出来的方案，均归属于本实用新型的保护范围，在此不一一赘述。
56.在另一实施例中，极性识别装置还可以采用三极管构成的单向导通电路，或是采用cmos管实现，由于原理相同，均是阻挡按下时的脉冲，导通复位时的脉冲，所以详细过程在此不再赘述。
57.继续如图7所示，本优选实施例中的电压变换装置包括控制器、开关管k1、二极管d5、电感l1、电容c2以及辅助电源，具体的：电压变换装置的使能引脚处于所述控制器处，即极性识别装置的输出端通过使能引脚与所述控制器相连。另外，所述辅助电源的第一输入端、第二输入端分别与所述储能装置的第一输出端、第二输出端相连，所述辅助电源的输出端与所述控制器的输入端相连；所述控制器的第一输出端连接开关管k1的一端，所述开关管k1的另一端连有电感l1，然后连接在电容c2的第一端，所述控制器的第二输出端连接在电容c2的第二端；所述二极管d5的正极并联在所述控制器的第二输出端与所述电容c2的第二端之间，所述二极管d5的负极并联在所述开关管k1与所述电感l1之间；所述电容c2的第一端、第二端还分别连接所述后端模块的第一输入端、第二输入端，所述电容c2的第二端还接地连接。
58.在本优选实施例中，所述后端模块包括主控芯片及无线发射电路，所述后端模块在所述电压变换装置处于第二工作模式时进行无线报文的发送。
59.具体的，本实施例采用如图7所示电路设计时的具体工作流程如下：
60.发电装置被按下时，电能通过d1、d3整流，存储在储能装置电容c1中。此时电压变换装置的控制器处于第一工作模式，控制器的输出使得开关管k1关闭。此时整个电压变换装置处于很低的功耗状态，储能装置电容c1中的能量消耗很少。
61.当发电装置复位时，其产生一个负脉冲，该脉冲经过d6给c3充电，进而输出一个高电平脉冲到控制器的使能引脚处，从而激活控制器进入第二工作模式。此时控制器激活为正常模式，将输出脉冲宽度调制(pulse
‑
width modulation，简写为：pwm)波形控制k1的周期性打开和关闭。当k1打开时，存储于c1的电能经过k1输出给电感l1，然后进一步输出给c2滤波，供给主控芯片及无线发射电路发射信号。当k1关闭时，c1的能量不能继续输出，但l1由于电流不能突变，将通过d5进行续流，然后继续输出电流给c2以及后端模块。最终在控制器周期性打开和关闭k1的状态下，使得c2的电压处于一个稳定值以供给后端模块，用以主控芯片以及无线发射电路进行配置及无线报文的发送。其中，辅助电源用于给电压变换装置的控制器供电。
62.通过上述实施例，本实用新型能将按下与弹起产生的电能合并利用，使发电装置在按下时产生的电能存储在电容中，只有在发电装置复位时才触发后端模块工作，且本实
用新型借用了电压变换装置本身一般都具有两个模式(一个关机模式，一个正常模式)的特点，不需要额外再引入开关，也不需要后端模块去实现低功耗模式，通过本实用新型电压变换装置自带的关机模式，其在关机模式下本身的功耗(漏电流)很低，一般都比单片机的低功耗模式要低，这样一来就能更好的避免电能的消耗，且本实用新型在达成上述技术效果的情况下，结构简单、电路简化，大大降低了类似技术方案的电路设计难度，节约了生产成本。
63.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。