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申请/专利权人：桂林理工大学

摘要：本发明公开了一种WSN节点自供电系统，属于无线传感器技术领域，其包括光伏电池、MPPT模块、能量管理模块、降压稳压模块、节点模块以及控制模块；其中，MPPT模块包括第一检测电路、PWM扰动产生电路以及降压BUCK电路；能量管理模块包括锂电池、超级电容、第二检测电路、第三检测电路、第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；控制模块结合MPPT算法，并通过PWM扰动产生电路对光伏电池进行最大功率追踪；控制模块根据第一检测电路、第二检测电路以及第三检测电路的检测情况，控制第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路闭合或者断开；本发明解决了现有WSN节点自供电系统存在的太阳能利用率低、受天气影响大以及不具备电量管理功能的问题。

主权项：1.一种WSN节点自供电系统，其特征在于，包括：光伏电池、MPPT模块、能量管理模块、降压稳压模块、节点模块以及控制模块；所述MPPT模块包括第一检测电路、PWM扰动产生电路以及降压BUCK电路；所述第一检测电路与所述光伏电池的输出端电性连接；所述PWM扰动产生电路与所述第一检测电路电性连接，所述降压BUCK电路与所述PWM扰动产生电路的输出端电性连接；所述能量管理模块包括锂电池、超级电容、第二检测电路、第三检测电路、第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；所述降压BUCK电路的输出端通过所述第一开关电路与所述第二检测电路电性连接，所述第二检测电路与所述超级电容电性连接；所述降压BUCK电路的输出端通过所述第二开关电路与所述第三检测电路电性连接，所述第三检测电路与所述锂电池电性连接；所述锂电池通过所述第三开关电路与所述超级电容电性连接；所述降压稳压模块与所述超级电容以及所述第一开关电路均电性连接，所述节点模块与所述降压稳压模块的输出端电性连接；所述控制模块电性连接所述降压BUCK电路的输出端，获取电源；所述PWM扰动产生电路、所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第三开关电路、所述第一检测电路、所述第二检测电路以及所述第三检测电路均与所述控制模块电性连接；所述控制模块通过所述第一检测电路检测所述光伏电池的实时输出电压和实时输出电流，所述控制模块通过所述第二检测电路检测所述超级电容的实时电压，所述控制模块通过所述第三检测电路检测所述锂电池的实时电压和实时充电电流；所述控制模块结合MPPT算法，并通过所述PWM扰动产生电路对所述光伏电池进行最大功率追踪；所述控制模块根据所述第一检测电路、所述第二检测电路以及所述第三检测电路的检测情况，控制所述第一开关电路、所述第二开关电路以及所述第三开关电路闭合或者断开；所述WSN节点自供电系统还包括通信模块，所述通信模块包括有线串口和无线串口，所述有线串口和所述无线串口均与所述控制模块电性连接，所述无线串口的型号为ANT-E31-TTL-50mW；所述第一检测电路包括光伏电池输出电压检测电路和光伏电池输出电流检测电路；所述第三检测电路包括锂电池电压检测电路和锂电池输入电流检测电路；所述光伏电池输出电压检测电路和所述锂电池电压检测电路均为电阻和电容组成的分压电路，并与所述控制模块电性连接，所述光伏电池输出电压检测电路与光伏电池的输出端电性连接，所述锂电池电压检测电路与锂电池电性连接；所述光伏电池输出电流检测电路和所述锂电池输入电流检测电路均为电流放大电路，并分别设有第一电流检测放大器和第二电流检测放大器；所述第一电流检测放大器和所述第二电流检测放大器均与所述控制模块电性连接，所述第一电流检测放大器与所述光伏电池的输出端电性连接，所述第二电流检测放大器与所述第二开关电路电性连接。

全文数据：一种WSN节点自供电系统技术领域本发明涉及无线传感器技术领域，特别涉及一种WSN节点自供电系统。背景技术无线传感器网络WSN是一种分布式传感网络，广泛应用在人们的日常工作和生活中；传统的无线传感器网络节点通常设置有储能装置提供能量，但由于储能装置的容量有限，需要定期更换储能装置或为储能装置充电，非常不便；中国专利CN103259323A公布了一种基于太阳能-风能互补的WSN节点自供电系统，利用太阳能光伏发电和风能发电原理，将太阳能和风能转换为电能，这种设计能够自动获取外界能量，延长储能装置的供电时间和寿命；但是，该自供电系统所获取到的外界能量未经合理分配，直接用于为WSN节点进行供电，不便于能量管理；该自供电系统所获取到的外界能量不确定是否能够满足节点的损耗需求，其供电效果受天气影响较为明显；此外，该自供电系统也未设计有MPPT电路，以致太阳能利用率较低；因此，有必要提出一种WSN节点自供电系统来解决上述问题。发明内容鉴于以上内容，有必要提供一种WSN节点自供电系统，用于解决现有WSN节点自供电系统存在的太阳能利用率低、受天气影响大以及不具备电量管理功能的问题。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种WSN节点自供电系统，包括：光伏电池、MPPT模块、能量管理模块、降压稳压模块、节点模块以及控制模块；所述MPPT模块包括第一检测电路、PWM扰动产生电路以及降压BUCK电路；所述第一检测电路与所述光伏电池的输出端电性连接；所述PWM扰动产生电路与所述第一检测电路电性连接，所述降压BUCK电路与所述PWM扰动产生电路的输出端电性连接；所述能量管理模块包括锂电池、超级电容、第二检测电路、第三检测电路、第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；所述降压BUCK电路的输出端通过所述第一开关电路与所述第二检测电路电性连接，所述第二检测电路与所述超级电容电性连接；所述降压BUCK电路的输出端通过所述第二开关电路与所述第三检测电路电性连接，所述第三检测电路与所述锂电池电性连接；所述锂电池通过所述第三开关电路与所述超级电容电性连接；所述降压稳压模块与所述超级电容以及所述第一开关电路均电性连接，所述节点模块与所述降压稳压模块的输出端电性连接；所述控制模块电性连接所述降压BUCK电路的输出端，获取电源；所述PWM扰动产生电路、所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第三开关电路、所述第一检测电路、所述第二检测电路以及所述第三检测电路均与所述控制模块电性连接；所述控制模块通过所述第一检测电路检测所述光伏电池的实时输出电压和实时输出电流，所述控制模块通过所述第二检测电路检测所述超级电容的实时电压，所述控制模块通过所述第三检测电路检测所述锂电池的实时电压和实时充电电流；所述控制模块结合MPPT算法，并通过所述PWM扰动产生电路对所述光伏电池进行最大功率追踪；所述控制模块根据所述第一检测电路、所述第二检测电路以及所述第三检测电路的检测情况，控制所述第一开关电路、所述第二开关电路以及所述第三开关电路闭合或者断开。优选地，所述WSN节点自供电系统还包括通信模块，所述通信模块包括有线串口和无线串口，所述有线串口和所述无线串口均与所述控制模块电性连接，所述无线串口的型号为ANT-E31-TTL-50mW。优选地，所述通信模块还包括SWD下载接口，所述SWD下载接口与所述控制模块电性连接。优选地，所述PWM扰动产生电路为半桥驱动器驱动电路，半桥驱动器的型号为IR2104。优选地，所述第一检测电路包括光伏电池输出电压检测电路和光伏电池输出电流检测电路；所述第三检测电路包括锂电池电压检测电路和锂电池输入电流检测电路；所述光伏电池输出电压检测电路和所述锂电池电压检测电路均为电阻和电容组成的分压电路，并与所述控制模块电性连接，所述光伏电池输出电压检测电路与光伏电池的输出端电性连接，所述锂电池电压检测电路与锂电池电性连接；所述光伏电池输出电流检测电路和所述锂电池输入电流检测电路均为电流放大电路，并分别设有第一电流检测放大器和第二电流检测放大器；所述第一电流检测放大器和所述第二电流检测放大器均与所述控制模块电性连接，所述第一电流检测放大器与所述光伏电池的输出端电性连接，所述第二电流检测放大器与所述第二开关电路电性连接。优选地，所述第一电流检测放大器和所述第二电流检测放大器的型号均为MAX471。优选地，所述降压稳压模块包括型号为AMS1117-3.3的稳压芯片，所述稳压芯片与所述超级电容、所述第一开关电路以及所述节点模块电性连接。优选地，所述控制模块为单片机控制电路，单片机的型号为STM32F103C8T6。一种利用所述WSN节点自供电系统的能量管理方法，包括：当光伏电池的实时输出电流≥第一阈值，且锂电池的实时电压≥第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路断开；当光伏电池的实时输出电流≥第一阈值，且锂电池的实时电压＜第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路闭合、所述第三开关电路断开；当第三阈值≤光伏电池的实时输出电流＜第一阈值，且超级电容的实时电压≥第四阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路断开；当第三阈值≤光伏电池的实时输出电流＜第一阈值、超级电容的实时电压＜第四阈值，且锂电池的实时电压≥第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路闭合；当光伏电池的实时输出电流＜第三阈值，且超级电容的实时电压≥第四阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路断开、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路断开；当光伏电池的实时输出电流＜第三阈值、超级电容的实时电压＜第四阈值，且锂电池的实时电压≥第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路断开、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路闭合；其中，所述第一阈值为判定光照条件良好的临界值，所述第二阈值为判定锂电池储能充足的临界值，所述第三阈值为判定光照条件较弱的临界值，所述第四阈值为判定超级电容储能充足的临界值。由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：1.本发明具备能量管理的功能，能够根据其所处环境的光照条件以及能量管理模块中锂电池和超级电容的储能情况来智能调节电能的输出，有效地提高了能量的利用率；同时，本发明输出的电能能够充分满足节点的损耗需求，其供电效果受天气影响较小，能够确保WSN设备长期处于工作状态；其中，本发明的控制模块根据第一检测电路、第二检测电路以及第三检测电路的检测情况，来判断光照条件、锂电池以及超级电容的储能情况，并控制第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路闭合或者断开，以实现能量管理的功能；此外，本发明设置的MPPT模块能够有效地提高太阳能的利用率，进一步提高能源的获取效率，具有较好的环保效果。2.本发明将超级电容作为一级能量存储装置，锂电池作为二级能量存储装置，光伏电池和锂电池都可以通过超级电容为后面的负载部分供给能量；这样，在保障超级电容的电量达到负载用电量的基础上，尽可能地减少锂电池有限的循环充放电次数，有效地提高了锂电池的使用寿命。3.本发明还具有结构简单、使用方便、制作成本低以及供电时间长等诸多优点，可广泛应用至WSN供电技术领域，为人们的工作和生活带来极大的便利，值得推广。附图说明图1是本发明实施例所提供的一种WSN节点自供电系统的系统框图；图2是本发明实施例所提供的MPPT模块的电路图；图3是本发明实施例所提供的能量管理模块的电路图；图4是本发明实施例所提供的控制模块的电路图；图5是本发明实施例所提供的降压稳压模块的电路图；图6是本发明实施例所提供的节点模块的电路图图7是本发明实施例所提供的通信模块的有线串口和无线串口的电路图；图8是本发明实施例所提供的通信模块的SWD下载接口的电路图；图9是本发明实施例所提供的一种WSN节点自供电系统处于太阳光照强，且锂电池储能充足情况下的供电示意图；图10是本发明实施例所提供的一种WSN节点自供电系统处于太阳光照强，且锂电池储能不足情况下的供电示意图；图11是本发明实施例所提供的一种WSN节点自供电系统处于太阳光照弱，且超级电容储能充足情况下的供电示意图；图12是本发明实施例所提供的一种WSN节点自供电系统处于太阳光照弱、超级电容储能不足，且锂电池储能充足情况下的供电示意图；图13是本发明实施例所提供的一种WSN节点自供电系统处于无光照，且超级电容储能充足情况下的供电示意图；图14是本发明实施例所提供的一种WSN节点自供电系统处于无光照、超级电容储能不足，且锂电池储能充足情况下的供电示意图；图中主要元件符号说明如下：附图中，1-光伏电池、2-MPPT模块、21-第一检测电路、22-PWM扰动产生电路、23-降压BUCK电路、3-能量管理模块、31-锂电池、32-超级电容、33-第二检测电路、34-第三检测电路、35-第一开关电路、36-第二开关电路、37-第三开关电路、4-降压稳压模块、5-节点模块、6-控制模块、7-通信模块。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构、部件及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。实施例如图1所示，一种WSN节点自供电系统，包括：光伏电池1、MPPT模块2、能量管理模块3、降压稳压模块4、节点模块5、控制模块6以及通信模块7；其中，控制模块6为单片机控制电路，单片机的型号为STM32F103C8T6，控制模块6的电路图如图4所示，单片机在电路图中的标号为U6。如图1、2所示，MPPT模块2包括第一检测电路21、PWM扰动产生电路22以及降压BUCK电路23，第一检测电路21与光伏电池1的输出端电性连接，PWM扰动产生电路22与第一检测电路21电性连接，降压BUCK电路23与PWM扰动产生电路22的输出端电性连接。其中，第一检测电路21包括光伏电池1输出电压检测电路和光伏电池1输出电流检测电路；光伏电池1输出电压检测电路为电阻和电容组成的分压电路，其包括R2、R3和C2，R2、R3和C2具有稳压、滤波的作用。光伏电池1输出电压检测电路与光伏电池1的输出端电性连接。光伏电池1输出电流检测电路为电流放大电路，并设有第一电流检测放大器，第一电流检测放大器与光伏电池1的输出端电性连接。第一电流检测放大器的型号为MAX471，在电路图中的标号为U1，光伏电池1输出电压检测电路和第一电流检测放大器与控制模块6电性连接。光伏电池1与U1之间连接有二极管D1，用于防止电流倒灌进入光伏电池1的情况发生。U1的OUT引脚为电流输出端，R1与C1具有调幅和滤波的功能。控制模块6通过PA7引脚采集芯片U1的OUT端口的输出电流，对光伏电池1进行输出电流检测，通过PA2引脚对光伏电池1的输出电压进行检测。PWM扰动产生电路22为半桥驱动器驱动电路，半桥驱动器的型号为IR2104，在电路图中的标号为U3。IR2104为半桥式驱动芯片，其VS引脚为最终输出的PWM波形，IR2104芯片的IN引脚和SD引脚作为输入控制端，分别与控制模块6的PB7和PC6引脚连接，用于调整电路输出的PWM。HO和LO两引脚连接两个si2302-MOS场效应管，驱动Q1和Q2的导通与断开。降压BUCK电路23由电感L、电容C3和续流二极管D2构成。如图1、3所示，能量管理模块3包括锂电池31、超级电容32、第二检测电路33、第三检测电路34、第一开关电路35、第二开关电路36以及第三开关电路37。降压BUCK电路23的输出端通过第一开关电路35与第二检测电路33电性连接，第二检测电路33与超级电容32电性连接。降压BUCK电路23的输出端通过第二开关电路36与第三检测电路34电性连接，第三检测电路34与锂电池31电性连接。锂电池31通过第三开关电路37与超级电容32电性连接。其中，第一开关电路35的控制端与控制模块6的PC9引脚连接，第二开关电路36的控制端与控制模块6的PC7引脚连接，第三开关电路37的控制端与控制模块6的PC8引脚连接。第三检测电路34包括锂电池31电压检测电路和锂电池31输入电流检测电路，锂电池31电压检测电路为电阻和电容组成的分压电路，锂电池31电压检测电路包括R4、R5、C4，R4、R5、C4具有稳压、滤波的作用。锂电池31电压检测电路与控制模块6电性连接，锂电池31电压检测电路与锂电池31电性连接。锂电池31输入电流检测电路为电流放大电路，并设有第二电流检测放大器，第二电流检测放大器与控制模块6电性连接，第二电流检测放大器与第二开关电路36电性连接。第二电流检测放大器的型号为MAX471，在电路图中的代号为U2。U2的输出端与控制模块6的引脚PA4连接，锂电池31电压检测电路的输出端与控制模块6的引脚PA3连接。如图1、5、6所示，降压稳压模块4与超级电容32以及第一开关电路35均电性连接，节点模块5与降压稳压模块4的输出端电性连接。其中，降压稳压模块4包括型号为AMS1117-3.3的稳压芯片，在电路图中的标号为U5，稳压芯片与超级电容32、第一开关电路35以及节点模块5电性连接。如图1、7、8所示，WSN节点自供电系统还包括通信模块7，通信模块7包括有线串口和无线串口，有线串口和无线串口均与控制模块6电性连接，无线串口的型号为ANT-E31-TTL-50mW。通信模块7还包括SWD下载接口，SWD下载接口与控制模块6电性连接。通信模块7的设置，便于WSN节点自供电系统与终端进行数据通信，便于用户获取监控数据。控制模块6电性连接降压BUCK电路23的输出端，获取电源。PWM扰动产生电路22、第一开关电路35、第二开关电路36、第三开关电路37、第一检测电路21、第二检测电路33以及第三检测电路34均与控制模块6电性连接。控制模块6通过第一检测电路21检测光伏电池1的实时输出电压和实时输出电流，控制模块6通过第二检测电路33检测超级电容32的实时电压，控制模块6通过第三检测电路34检测锂电池31的实时电压和实时充电电流。控制模块6结合MPPT算法，并通过PWM扰动产生电路22对光伏电池1进行最大功率追踪。最大功率追踪时，控制模块6首先测量光伏电池1输出端的电压VN和电流IN；然后，令最大功率点时的电流Iref＝IN；接着，控制U3施加扰动信号，改变场效应管占空比，使负载的输入电流发生变化，产生扰动电流；接着，控制模块6通过U1和U2分别监测光伏电池1输出电流和负载端输入电流；最后，进行PWM扰动调节，使得降压BUCK电路23之后相应产生一个负载电流。这样，通过监测负载端电流和光伏电池1输出端的电流大小变化，便可知道下一次PWM调节过程中采用加大PWM方式或是减小PWM的方式。考虑到光照强度的变化一般是缓慢的，为了减少由于控制模块6计算导致的能量损耗，同数据采集一样，最大功率点跟踪电路一般5分钟进行一次调节。PWM扰动产生电路22输出的电能经过降压BUCK电路23进行降压、稳压和滤波之后，进入到能量管理模块3中实现能量的存储与供给。控制模块6根据第一检测电路21、第二检测电路33以及第三检测电路34的检测情况，控制第一开关电路35、第二开关电路36以及第三开关电路37闭合或者断开，以实现能量的智能管理。本发明还提供了一种利用该WSN节点自供电系统的能量管理方法，具体如下：控制模块6将检测到的光伏电池1的实时输出电流与预设的第一阈值和第三阈值进行比对，将锂电池31的实时电压与预设的第二阈值进行比对，将超级电容32的实时电压与预设的第四阈值进行比对，从而控制第一开关电路35、第二开关电路36以及第三开关电路37闭合或者断开。其中，第一阈值为判定光照条件良好的临界值，第二阈值为判定锂电池31储能充足的临界值，第三阈值为判定光照条件较弱的临界值，第四阈值为判定超级电容32储能充足的临界值。如图9所示，当光伏电池1的实时输出电流≥第一阈值，且锂电池31的实时电压≥第二阈值时，说明光照条件良好，且锂电池31储能充足；此时，控制模块6控制第一开关电路35闭合、第二开关电路36断开、第三开关电路37断开。光照条件良好且储能充足的情况一般出现在连续晴天，该状态下太阳光照强度强，光伏电池1转化的能量充足，锂电池31既不接受充电，也不为超级电容32供电。光伏电池1所转化的电能经过MPPT模块2后，为超级电容32充电，MPPT的输出端与超级电容32输出的电能经过降压稳压模块4后为WSN节点供电。如图10所示，当光伏电池1的实时输出电流≥第一阈值，且锂电池31的实时电压＜第二阈值时，说明光照条件良好，且锂电池31储能不足；此时，控制模块6控制第一开关电路35闭合、第二开关电路36闭合、第三开关电路37断开。光照条件良好，且锂电池31储能不足的情况一般出现在阴雨天气之后的晴天，阴雨天气的时候锂电池31和超级电容32为WSN节点供电，耗费大部分能量，使得锂电池31与超级电容32的储能不足。此时，锂电池31和超级电容32接受光伏电池1的能量进行充电，锂电池31不为超级电容32供电。光伏电池1所转化的电能经过MPPT模块2后，为超级电容32和锂电池31充电，MPPT的输出端与超级电容32输出的电能经过降压稳压模块4后为WSN节点供电。如图11所示，当第三阈值≤光伏电池1的实时输出电流＜第一阈值，且超级电容32的实时电压≥第四阈值时，说明光照条件较弱，且超级电容32储能充足；此时，控制模块6控制第一开关电路35闭合、第二开关电路36断开、第三开关电路37断开。光照条件较弱，且超级电容32储能充足一般出现在晴天天气之后的阴雨天气或者太阳初升光照不足的时候，此时，由于光照条件较弱，光极电池所转化的电能不能独立为WSN节点供给能量；但是，超级电容32储能充足，可以为WSN节点供给能量，而不需要接受锂电池31充电。光伏电池1所转化的电能经过MPPT电路后，为超级电容32充电，锂电池31不给超级电容32供给能量，MPPT的输出端与超级电容32输出的电能经过降压稳压模块4后为WSN节点供电。如图12所示，当第三阈值≤光伏电池1的实时输出电流＜第一阈值、超级电容32的实时电压＜第四阈值，且锂电池31的实时电压≥第二阈值时，说明光照条件较弱，超级电容32储能不足，且锂电池31储能充足；此时，控制模块6控制第一开关电路35闭合、第二开关电路36断开、第三开关电路37闭合；由于光照条件较弱，光极电池所转化的电能不能独立为WSN节点供给能量，而超级电容32储能不足，锂电池31储能充足；因此，光伏电池1所转化的电能经过MPPT电路后，为超级电容32充电，锂电池31同时为超级电容32充电，MPPT的输出端与超级电容32输出的电能经过降压稳压模块4后为WSN节点供电。如图13所示，当光伏电池1的实时输出电流＜第三阈值，且超级电容32的实时电压≥第四阈值时，说明光照极弱或者无光照，且超级电容32的实时电压储能充足；此时，控制模块6控制第一开关电路35断开、第二开关电路36断开、第三开关电路37断开。光照极弱或者无光照条件下，光伏电池1所转化的电能不能够满足锂电池31和超级电容32的充电要求和WSN节点工作的需求；超级电容32储能充足能够独立为WSN节点供电，而不需要锂电池31提供能量。超级电容32的输出电能经过降压稳压模块4后为WSN节点供电。如图14所示，当光伏电池1的实时输出电流＜第三阈值、超级电容32的实时电压＜第四阈值，且锂电池31的实时电压≥第二阈值时，说明光照极弱或者无光照、超级电容32储能不足，且锂电池31储能充足；此时，控制模块6控制第一开关电路35断开、第二开关电路36断开、第三开关电路37闭合；超级电容32储能不足，不能独立为WSN节点供电，需要锂电池31提供能量；锂电池31对超级电容32进行充电，超级电容32的输出电能经过降压稳压模块4后为WSN节点供电。其中，图9-14中的S1、S2、S3分别对应能量管理模块3中的第一开关电路35、第二开关电路36以及第三开关电路37。本发明能够根据所处环境的光照条件以及锂电池31和超级电容32的储能情况来智能调节电能的输出，有效地提高了能量的利用率；同时，本发明输出的电能能够充分满足节点的损耗需求，其供电效果受天气影响较小，能够确保WSN设备长期处于工作状态；本发明设置的MPPT模块2能够有效地提高太阳能的利用率，进一步提高能源的获取效率，具有较好的环保效果。此外，本发明还具有结构简单、使用方便、制作成本低以及供电时间长等诸多优点，可广泛应用至WSN供电技术领域，为人们的工作和生活带来极大便利，值得推广。上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

权利要求：1.一种WSN节点自供电系统，其特征在于，包括：光伏电池、MPPT模块、能量管理模块、降压稳压模块、节点模块以及控制模块；所述MPPT模块包括第一检测电路、PWM扰动产生电路以及降压BUCK电路；所述第一检测电路与所述光伏电池的输出端电性连接；所述PWM扰动产生电路与所述第一检测电路电性连接，所述降压BUCK电路与所述PWM扰动产生电路的输出端电性连接；所述能量管理模块包括锂电池、超级电容、第二检测电路、第三检测电路、第一开关电路、第二开关电路以及第三开关电路；所述降压BUCK电路的输出端通过所述第一开关电路与所述第二检测电路电性连接，所述第二检测电路与所述超级电容电性连接；所述降压BUCK电路的输出端通过所述第二开关电路与所述第三检测电路电性连接，所述第三检测电路与所述锂电池电性连接；所述锂电池通过所述第三开关电路与所述超级电容电性连接；所述降压稳压模块与所述超级电容以及所述第一开关电路均电性连接，所述节点模块与所述降压稳压模块的输出端电性连接；所述控制模块电性连接所述降压BUCK电路的输出端，获取电源；所述PWM扰动产生电路、所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第三开关电路、所述第一检测电路、所述第二检测电路以及所述第三检测电路均与所述控制模块电性连接；所述控制模块通过所述第一检测电路检测所述光伏电池的实时输出电压和实时输出电流，所述控制模块通过所述第二检测电路检测所述超级电容的实时电压，所述控制模块通过所述第三检测电路检测所述锂电池的实时电压和实时充电电流；所述控制模块结合MPPT算法，并通过所述PWM扰动产生电路对所述光伏电池进行最大功率追踪；所述控制模块根据所述第一检测电路、所述第二检测电路以及所述第三检测电路的检测情况，控制所述第一开关电路、所述第二开关电路以及所述第三开关电路闭合或者断开。2.根据权利要求1所述的一种WSN节点自供电系统，其特征在于：所述WSN节点自供电系统还包括通信模块，所述通信模块包括有线串口和无线串口，所述有线串口和所述无线串口均与所述控制模块电性连接，所述无线串口的型号为ANT-E31-TTL-50mW。3.根据权利要求2所述的一种WSN节点自供电系统，其特征在于：所述通信模块还包括SWD下载接口，所述SWD下载接口与所述控制模块电性连接。4.根据权利要求1所述的一种WSN节点自供电系统，其特征在于：所述PWM扰动产生电路为半桥驱动器驱动电路，半桥驱动器的型号为IR2104。5.根据权利要求1所述的一种WSN节点自供电系统，其特征在于：所述第一检测电路包括光伏电池输出电压检测电路和光伏电池输出电流检测电路；所述第三检测电路包括锂电池电压检测电路和锂电池输入电流检测电路；所述光伏电池输出电压检测电路和所述锂电池电压检测电路均为电阻和电容组成的分压电路，并与所述控制模块电性连接，所述光伏电池输出电压检测电路与光伏电池的输出端电性连接，所述锂电池电压检测电路与锂电池电性连接；所述光伏电池输出电流检测电路和所述锂电池输入电流检测电路均为电流放大电路，并分别设有第一电流检测放大器和第二电流检测放大器；所述第一电流检测放大器和所述第二电流检测放大器均与所述控制模块电性连接，所述第一电流检测放大器与所述光伏电池的输出端电性连接，所述第二电流检测放大器与所述第二开关电路电性连接。6.根据权利要求5所述的一种WSN节点自供电系统，其特征在于：所述第一电流检测放大器和所述第二电流检测放大器的型号均为MAX471。7.根据权利要求1所述的一种WSN节点自供电系统，其特征在于：所述降压稳压模块包括型号为AMS1117-3.3的稳压芯片，所述稳压芯片与所述超级电容、所述第一开关电路以及所述节点模块电性连接。8.根据权利要求1所述的一种WSN节点自供电系统，其特征在于：所述控制模块为单片机控制电路，单片机的型号为STM32F103C8T6。9.一种利用权利要求1-8任一所述的WSN节点自供电系统的能量管理方法，其特征在于，包括：当光伏电池的实时输出电流≥第一阈值，且锂电池的实时电压≥第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路断开；当光伏电池的实时输出电流≥第一阈值，且锂电池的实时电压＜第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路闭合、所述第三开关电路断开；当第三阈值≤光伏电池的实时输出电流＜第一阈值，且超级电容的实时电压≥第四阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路断开；当第三阈值≤光伏电池的实时输出电流＜第一阈值、超级电容的实时电压＜第四阈值，且锂电池的实时电压≥第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路闭合、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路闭合；当光伏电池的实时输出电流＜第三阈值，且超级电容的实时电压≥第四阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路断开、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路断开；当光伏电池的实时输出电流＜第三阈值、超级电容的实时电压＜第四阈值，且锂电池的实时电压≥第二阈值时，所述控制模块控制所述第一开关电路断开、所述第二开关电路断开、所述第三开关电路闭合；其中，所述第一阈值为判定光照条件良好的临界值，所述第二阈值为判定锂电池储能充足的临界值，所述第三阈值为判定光照条件较弱的临界值，所述第四阈值为判定超级电容储能充足的临界值。

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