压电自供电无线传感器网络节点关键技术的研究

发布时间：2017-09-25 04:33

  本文关键词：压电自供电无线传感器网络节点关键技术的研究

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【摘要】：根据无线传感器网络中的各节点面临的供电能源紧缺问题，提出了一种基于自供电方式的无线温度传感系统的设计方法。目前，传感器网络在实际应用中存在严重的能源短缺问题，现在传感器网络节点使用的能量源普遍为化学电池，这些化学电池储备电量有限，无法长期为传感器节点提供电能，因此需要经常性更换电池电源来弥补不足，但是这样做不仅造成资源浪费而且增加系统花销，，所以针对传感器能量源消耗的问题，本文设计了一种自供电无线温度传感系统，在本系统中将机械振动能量源转化为电能为传感器节点供电，不但取代了传统传感器节点中的电池，使其在不需要维护的情况下长期工作，而且也减少了能源的浪费。 本文设计了一种自供电无线温度传感系统，运用压电效应将机械能转化为电能为系统供电，并对压电发电机的原理进行了理论分析和功率计算。完成了无线传感器网络节点的设计，硬件电路采用微功耗处理器MSP430、石英音叉温度传感器、NRF24L01无线等模块。首先通过压电板和压电能量转换器将机械能量源转换为电能，再采用超级电容对电能储存，经过电源管理模块对MSP430微处理器、石英音叉温度传感器和NRF24L01无线模块进行供电；利用石英音叉温度传感器将环境温度变化转变成频率信号送入MSP430微处理器中，通过频温转换将频率变化转成温度变化进行测温，最后经NRF24L01模块将温度信号通过无线方式传输到主控制器中，完成对温度的无线测量。 采用IAR集成开发环境，运用C语言对应用程序进行开发设计，完成系统软件设计，搭建了相应的实验平台对系统进行测试。实验结果表明，通过压电芯片LTC3588-1可以将振动的机械能转化为供电电压为3.3V的电源，达到低功耗无线温度传感器系统的供电要求，实现了自供电无线温度传感系统的设计目的。
【关键词】：压电 自供电 传感器网络节点 无线通信
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题的背景及意义10
• 1.2 无线传感器网络的发展10-12
• 1.3 能量采集技术12-18
• 1.3.1 静电式振动能量采集器15-16
• 1.3.2 电磁能量采集器16-17
• 1.3.3 磁致伸缩式振动能量采集器17-18
• 1.3.4 压电式振动能量采集器18
• 1.4 压电式能量采集器的发展18-21
• 1.5 论文的主要研究内容21-22
• 第2章 自供电无线温度传感系统总体设计方案22-29
• 2.1 系统的设计原则22
• 2.2 系统的整体结构22-24
• 2.2.1 自供电方案的设计23
• 2.2.2 温度传感器的选择23-24
• 2.2.3 无线模块的选择24
• 2.2.4 微处理器的选择24
• 2.3 压电能量采集装置的分析24-28
• 2.3.1 压电发电机的研究24-25
• 2.3.2 压电发电机的功率分析25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 自供电无线传感器网络系统硬件电路设计29-43
• 3.1 石英音叉温度传感器29-32
• 3.1.1 石英音叉温度传感器的构成29-30
• 3.1.2 石英音叉温度传感器的工作原理30-32
• 3.2 自供电模块32-35
• 3.2.1 压电板的原理及结构32
• 3.2.2 压电振子的振动分析32-35
• 3.3 换能器模块35
• 3.4 电源管理模块35-36
• 3.5 MSP430 单片机36-38
• 3.5.1 MSP430 的特点37
• 3.5.2 MSP430F149 最小系统37-38
• 3.6 无线模块38-40
• 3.7 无线模块与单片机40-41
• 3.8 本章小结41-43
• 第4章 自供电无线传感器网络系统软件部分设计43-51
• 4.1 节点初始化44-45
• 4.2 石英音叉温度传感器测温45-46
• 4.3 数据的无线传输46-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 系统的功能检测及分析51-56
• 5.1 系统的整体结构及功能51
• 5.2 系统的检测51-54
• 5.3 系统总功率计算及分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 朱俊杰;李美成;;无线传感器微能源自供电技术研究[J];可再生能源;2012年11期

2 李培江;;无线传感器网络的自供电技术的研究[J];科技信息;2012年35期

本文编号：915387