基于压电效应的沥青路面自供电无线传感系统设计与研究

发布时间：2021-05-20 04:48

　　随着人类社会的进步与发展,道路已成为人们日常出行所必不可少的一部分。然而,由于车辆的超载超重、自然天气及地质等原因,导致的路面严重受损,对车辆的安全行驶具有很大的威胁。因此,需要判断路面受损情况,并在适当的时期、用适当的方法将路面性能进行恢复。然而,由于电池寿命限制,现有的道路监控解决方案要求传感器系统进行定期维护工作。论文深入研究了利用路面车辆压力的机械能转换为电能来为传感器供能的路面信息采集系统。提出了一个端到端的自供电无线传感器（Self-powered Pavement Wireless Sensor,ePave）,用来采集路面信息并无线发送给终端。这不仅解决了电池寿命限制问题,而且由于采用无线传输,避免了路下线路部署的困难。研究了道路压电发电和数据采集无线发送系统的耦合性,分析了系统的组成结构、各部分单元能耗以及供能情况,保证系统能够有效的运行。最后对整个系统进行了集成化处理并埋入沥青路面,测试其与路面的鲁棒性。论文的主要成果和创新点如下:（1）比较现有的路面检测方法提出了一种利用路面压电能量驱使超低功耗传感器并无线发送路面数据的方法,设计了这种自主采集路面信息的传感器的部署... 

【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 路面灾害检测
        1.1.2 自供电路面信息无线检测
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 路面压电
        1.2.2 自供电无线传感器网络
        1.2.3 路面信息采集
    1.3 本文的主要研究内容
    1.4 论文的结构安排
第二章 基于压电效应的沥青路面自供电无线传感系统概述
    2.1 路面自供电无线传感信息采集系统
    2.2 智能路面信息采集系统
    2.3 ePave概述
    2.4 能量收集和电源管理
    2.5 自适应性数据采集发送
    2.6 本章小结
第三章 沥青路面能量收集与管理
    3.1 压电原理
        3.1.1 压电材料分类与性质
        3.1.2 路面压电原理
    3.2 路面压电能量收集
        3.2.1 压电元件等效模型
        3.2.2 能量收集接口电路
        3.2.3 电荷收集单元
    3.3 路面能量收集实验
        3.3.1 智能压电路面的制作
        3.3.2 不同深度下压电片的集电量
        3.3.3 不同封装材料下压电片的集电量
    3.4 路面压电功率测试
        3.4.1 开路下的负载功率
        3.4.2 全桥整流电路下的负载功率
        3.4.3 能量收集电路下的负载功率
    3.5 本章小节
第四章 路面自供电无线传感器
    4.1 能量收集与缓冲
        4.1.1 能量管理模块
        4.1.2 非定时工作方案
        4.1.3 自适应分析及能量估算
    4.2 路面自供电无线传感器设计
        4.2.1 整体设计
        4.2.2 数据采集系统
        4.2.3 无线发射与接收系统
        4.2.4 温湿度传感器
        4.2.5 ePave实现
    4.3 系统能量收集与电力供应
    4.4 运行中的数据检测
    4.5 系统封装与测试
        4.5.1 系统的集成化
        4.5.2 电路装配与测试
        4.5.3 沥青路面封装
        4.5.4 开启时间比测试
    4.6 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢



本文编号：3197120