基于摩擦发电和压电效应的复合式振动能量收集系统研究
发布时间：2023-01-27 17:50
随着绿色能源的研究越发广泛,环境能量收集技术给各领域提供了新的供电方案,特别是在物联网,无线传感技术等信息化的重要技术手段上,解决了传统电池供电方案的诸多限制,因此基于环境能量收集技术的供电方案越来越受到研究者们的关注,具有明显的学术及应用意义。本文中针对环境中振动能量,展开基于摩擦起电与压电效应的振动能量收集系统研究,对微能源收集系统设计具有指导性的学术意义。论文首先分析了微能源收集系统研究的必要性,对能量收集技术实际应用进行了可行性论述,分析总结并比较了不同振动能量收集器的优缺点,详细地总结了微能源收集系统的研究现状与技术发展趋势;其次,论文围绕着振动能量收集器,讨论了摩擦纳米发电机及压电式振动能量收集器的工作原理,阐述了不同种类的振动能量收集器结构及其工作过程,分析对比了不同结构的区别与各自优势,并构建了相应的电学模型,确定了复合式振动能量收集器的材料选择,提出并设计了一种针对复合式振动能量收集器结构;而后,针对电源管理电路设计,论文中阐述了阻抗匹配基本原理,提出摩擦纳米发电机管理电路的两个关键问题,即电容充电问题及耦合电感阻抗匹配问题,据此设计了一种使用耦合电感的阻抗匹配电路,...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
2 复合式能量收集器理论基础与设计
2.1 引言
2.2 摩擦纳米发电机
2.2.1 摩擦起电效应
2.2.2 摩擦纳米发电机原理分析
2.2.3 TENG理论模型
2.3 压电式振动能量收集器
2.3.1 压电效应
2.3.2 压电材料
2.3.3 压电能量收集器等效模型
2.4 复合式能量收集器
2.4.1 复合式能量收集器结构与材料
2.4.2 实验测试
2.5 本章小结
3 电源管理电路设计
3.1 引言
3.2 TENG管理电路设计
3.2.1 阻抗匹配理论基础
3.2.2 TENG管理电路理论
3.2.3 TENG管理电路设计
3.3 压电能量收集器管理电路设计
3.3.1电源管理芯片LTC3588
3.3.2 压电能量收集器管理电路设计
3.4 能量管理电路测试
3.5 本章小结
4 微能源收集系统设计
4.1 引言
4.2 微能源收集系统架构设计
4.2.1 能量收集系统硬件系统架构
4.2.2 能量收集系统软件系统架构
4.2.3 无线传感节点器件选型
4.3 无线传感节点硬件通信设计
4.3.1 传感器IIC协议配置
4.3.2 传感节点电路设计
4.3.3 IIC协议测试
4.4 无线传输通信
4.4.1 Wi-Fi协议简介
4.4.2 Arduino开发平台配置
4.4.3 无线通信代码编写
4.5 能量收集系统测试
4.5.1 测试平台搭建
4.5.2 测试结果分析
4.6 本章小结
5 总结
5.1 结论
5.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
作者在攻读硕士学位期间发表论文目录：
【参考文献】：
博士论文
[1]摩擦压电复合纳米发电机的基础研究及应用[D]. 锁国权.北京科技大学 2017
[2]柔性复合压电纳米发电机的性能优化与应用研究[D]. 张光杰.北京科技大学 2017
[3]基于技术、应用、市场三个层面的我国物联网产业发展研究[D]. 丛林.辽宁大学 2016
[4]基于柔性驻极体发电机的自供能可穿戴电子器件[D]. 钟俊文.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]基于物联网技术的新型智能插座设计[D]. 孙强.西安工业大学 2016
[2]摩擦纳米发电机的电源管理ASIC设计[D]. 卢山.重庆大学 2016
[3]基于自供电的发动机振动故障监测系统研究[D]. 易小周.重庆大学 2016
[4]具有能量自采集的无线传感网设计与实现[D]. 夏川.南京邮电大学 2015
[5]适用于发动机振动监测的微型宽频压电能量收集器研究[D]. 周洁琳.重庆大学 2015
[6]基于环境能量收集技术的无线传感网研究与设计[D]. 李朝辉.杭州电子科技大学 2015
[7]振动微能量收集管理系统的研究[D]. 刘超.电子科技大学 2014
[8]基于自供电的无线传感网路由协议研究[D]. 马宁.南京航空航天大学 2013
[9]基于压电材料的多方向振动能量收集系统的研究[D]. 李彬.南京航空航天大学 2009
本文编号：3732409
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文主要研究内容
2 复合式能量收集器理论基础与设计
2.1 引言
2.2 摩擦纳米发电机
2.2.1 摩擦起电效应
2.2.2 摩擦纳米发电机原理分析
2.2.3 TENG理论模型
2.3 压电式振动能量收集器
2.3.1 压电效应
2.3.2 压电材料
2.3.3 压电能量收集器等效模型
2.4 复合式能量收集器
2.4.1 复合式能量收集器结构与材料
2.4.2 实验测试
2.5 本章小结
3 电源管理电路设计
3.1 引言
3.2 TENG管理电路设计
3.2.1 阻抗匹配理论基础
3.2.2 TENG管理电路理论
3.2.3 TENG管理电路设计
3.3 压电能量收集器管理电路设计
3.3.1电源管理芯片LTC3588
3.3.2 压电能量收集器管理电路设计
3.4 能量管理电路测试
3.5 本章小结
4 微能源收集系统设计
4.1 引言
4.2 微能源收集系统架构设计
4.2.1 能量收集系统硬件系统架构
4.2.2 能量收集系统软件系统架构
4.2.3 无线传感节点器件选型
4.3 无线传感节点硬件通信设计
4.3.1 传感器IIC协议配置
4.3.2 传感节点电路设计
4.3.3 IIC协议测试
4.4 无线传输通信
4.4.1 Wi-Fi协议简介
4.4.2 Arduino开发平台配置
4.4.3 无线通信代码编写
4.5 能量收集系统测试
4.5.1 测试平台搭建
4.5.2 测试结果分析
4.6 本章小结
5 总结
5.1 结论
5.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
作者在攻读硕士学位期间发表论文目录：
【参考文献】：
博士论文
[1]摩擦压电复合纳米发电机的基础研究及应用[D]. 锁国权.北京科技大学 2017
[2]柔性复合压电纳米发电机的性能优化与应用研究[D]. 张光杰.北京科技大学 2017
[3]基于技术、应用、市场三个层面的我国物联网产业发展研究[D]. 丛林.辽宁大学 2016
[4]基于柔性驻极体发电机的自供能可穿戴电子器件[D]. 钟俊文.华中科技大学 2016
硕士论文
[1]基于物联网技术的新型智能插座设计[D]. 孙强.西安工业大学 2016
[2]摩擦纳米发电机的电源管理ASIC设计[D]. 卢山.重庆大学 2016
[3]基于自供电的发动机振动故障监测系统研究[D]. 易小周.重庆大学 2016
[4]具有能量自采集的无线传感网设计与实现[D]. 夏川.南京邮电大学 2015
[5]适用于发动机振动监测的微型宽频压电能量收集器研究[D]. 周洁琳.重庆大学 2015
[6]基于环境能量收集技术的无线传感网研究与设计[D]. 李朝辉.杭州电子科技大学 2015
[7]振动微能量收集管理系统的研究[D]. 刘超.电子科技大学 2014
[8]基于自供电的无线传感网路由协议研究[D]. 马宁.南京航空航天大学 2013
[9]基于压电材料的多方向振动能量收集系统的研究[D]. 李彬.南京航空航天大学 2009
本文编号：3732409
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