EnOcean能量收获机理及低功耗技术研究

发布时间：2017-04-06 15:02

  本文关键词：EnOcean能量收获机理及低功耗技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着工地、住宅等的监控管理系统对无线技术的需求不断高涨,有效地为无线网络传感器提供能量同时减低能耗是设计者需要考虑的重要问题。延长无线网络收获器的寿命和节约成本的重点在于无线收获器网络节点的节能降耗和电能供电,即供能与耗能的问题。本文在对振动能的收获与转化中,提出了欧拉—伯努利梁压电悬臂梁模型,针对自激励式微力收获器耦合的问题进行改进,对磁能能量收获器进行优化改进,在收获能量后可以将能量转化为电能存储,并针对收获器节点收获能量时产生的能耗进行分析。WSN节点需要的电源特点是网络节点众多、节点功耗低、节点分散、需要分散供电、网络寿命依赖节点供电等,无线收获器网络节点低功耗使得能量收获自供电技术成为可能,EnOcean能量收获技术从自然界中收获微弱能量,同时发射出无线信号,接收来驱动设备。本文分析研究了无线收获器网络的能量收获方法。对EnOcean能量收获技术机理与方法进行了分析,采用太阳能、振动能、磁能及温差能四种能量收获途径进行能量收获。传感器节点在复杂环境中可以采用多种方法从自然界中获取能量,以确保传感器节点能够稳定的工作。本文采取无线传感器网络的低功耗协议来降低功耗。在传感器网络MAC层通信协议设计中,主要通过对节点进行休眠来节能,MAC层通信协议针对节点唤醒和休眠的时间进行设计,以保证目标节点不会在休眠期间遗漏数据的接收;重点研究无线传感器网络的节能路由协议,LEACH协议的基本思路是在每个传感器节点中平均分担全网的能量负载,减少网络能耗、同时增加整个网络整体的存活时间。DEEC算法基于节点的剩余能量和网络的平均能量来选举簇首,节点剩余能量越多成为簇首的几率越大,该算法可以很好地平衡网络的能量消耗。并在MATLAB中对LEACH协议、DEEC协议进行了仿真,并对两种协议进行了对比。本文利用的EnOcean的能量收获技术和低功耗技术可以添加更多功能的传感器网络,应用广泛,前景广阔。
【关键词】：EnOcean 能量收获 低功耗 无线传感器网络 路由协议 LEACH DEEC
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第1章 概述9-13
• 1.1 研究的目的和意义9
• 1.2 EnOcean能量收获的研究现状9-10
• 1.3 能量收获技术与低功耗10-11
• 1.4 论文主要研究内容11-12
• 1.5 本文的总体设计12-13
• 第2章 能量收获技术13-34
• 2.1 能量收获系统的物理模型13-14
• 2.2 基于太阳能的能量收获技术14-16
• 2.2.1 基于太阳能供电的节点结构15
• 2.2.2 节点能量动态平衡方程15-16
• 2.3 基于振动能的能量收获技术16-22
• 2.3.1 静电式16-17
• 2.3.2 压电式17-18
• 2.3.3 双压电薄膜单元的悬臂梁式微力传感器18-21
• 2.3.4 悬臂梁式压电振子结构尺寸变化对机电性能的影响21-22
• 2.4 基于温差能的能量收获技术22-25
• 2.4.1 温差能收获基本原理22-23
• 2.4.2 温差能收获基本模型23-24
• 2.4.3 负载电阻的选择24-25
• 2.5 基于磁能的能量收获技术25-28
• 2.5.1 环绕式磁能转换器的原理分析25-27
• 2.5.2 环绕式磁能转换器的优化设计原则27-28
• 2.6 能量收获存储电路28-31
• 2.6.1 能量收获电路28-29
• 2.6.2 升压原理29-30
• 2.6.3 能量存储电容30-31
• 2.7 EnOcean能量收获31-33
• 2.8 本章小结33-34
• 第3章 低功耗节点设计34-43
• 3.1 无线传感器网络的技术概述34-35
• 3.1.1 无线传感器网络特点34-35
• 3.1.2 无线传感器网络构成35
• 3.2 无线传感器研究现状35-38
• 3.3 无线传感器网络节点能耗分析38-39
• 3.4 系统节点的低功耗设计39-41
• 3.4.1 硬件选型要求39
• 3.4.2 睡眠机制节能39-41
• 3.5 低功耗研究的必要性与改进方案41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第4章 低功耗无线传感器网络协议43-56
• 4.1 低功耗网络协议概述43-44
• 4.2 无线传感器网络协议分析44-46
• 4.2.1 泛洪(Flooding)算法和闲聊(GossiPing)算法44-45
• 4.2.2 SPIN路由协议和SPEED协议45-46
• 4.2.3 网络协议的对比分析46
• 4.3 LEACH协议46-47
• 4.4 DEEC协议47-49
• 4.4.1 应用于同构网络48-49
• 4.4.2 应用于异构网络49
• 4.5 LEACH协议、DEEC协议仿真49-54
• 4.5.1 仿真软件简介49-50
• 4.5.2 算法仿真采用的网络模型50
• 4.5.3 算法仿真参数50-51
• 4.5.4 仿真结果51-54
• 4.6 本章小结54-56
• 第5章 能量收获机理及低功耗技术的应用56-60
• 5.1 压电能量收获技术的应用56-57
• 5.2 无线传感器网络技术的应用57
• 5.3 能量收获低功耗工业温度测量设计57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 发表文章目录64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 沈明玉;郑立坤;;WSN中SPIN路由协议的改进[J];计算机工程;2012年05期

  本文关键词：EnOcean能量收获机理及低功耗技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：289058