基于无线携能通信技术的无线传感器网络的研究与实现
发布时间：2021-02-03 07:11
无线携能通信（Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT）技术实现了信息与能量的并行传输,改变了传统无线传感器网络的格局,具有重要的学术研究价值和广阔的应用场景。本文针对传统无线传感器网络中传感器节点功耗高、寿命短和维护难的缺陷,从无线能量传输技术和通信协议优化两个角度进行了学术研究与硬件实现,具体研究内容如下:（1）针对传统无线传感器网络中使用电池供电的节点存在成本高、寿命短、维护难以及不可持续发展的问题,提出了基于SWIPT技术的无线传感器节点模型,可以实现信息和能量在不同频点上的高效并行传输。（2）针对星型拓扑网络中心设备向节点发送信息时,节点长时间工作在接收机状态进行监听导致功耗过高的问题,提出了基于Enhanced ShockBurst底层协议的发射机主动响应协议（Transmitter Active Response Protocol,TARP）,可以使节点始终工作在发射机模式的同时接收中心设备发送的信息。（3）针对无线传感器组网时由于数据撞包导致信息丢失的问题,改进了 ESB底层协议的数据包封装和丢...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－７三种整流器输出电压与输入功率的关系??
ｎ??降压转换＾?■??ｒｈＡ?｜?匕；￣；；￣?１?模块?＜—ｆ??３升压充电模块??Ｅ３???＾?Ｔ?ｇｇ??冷启动??＾?使能」??■?＾?＾?ｊ?』；—中????，＾＾?Ｉ＾??＼?￣￣＊｜?？？！－—－Ｔ??ｈ?Ｉ￣Ｗ．??Ｕ￣?ＭＰＰＴ?Ｉ?臟爾繼?＾＜｜￣?Ｉ??ｉ?倉考电压．｜?ｐ—！ｖ＞?控飄模块?碾?＇?＇?Ｉ??Ｉ＊＂１?ｍｍ?＾?１—＊?Ｉ＿Ｊ￣■■??Ｉ隹藤?Ｉ?Ｉ??｜参考电压卜?Ａ?Ａ?参＋压??图３－９?—种典型的能＿理芯片结构??３．５．１电路结构??在给出＿量管理电路结构之前，先理清紙量管理芯片的几个关键功能：冷启??动模块，稳压输出模块，充电管理模块。??冷肩动＇楱块負．费：在输入＿．￡￡黉于某一阈值时，芯片开始工作，．这一阈憧称之??为冷启动电压（Ｃｏｌｄ－Ｓｔａｒｔ?Ｖｏｌｔａｇｅ），冷启动电压较低时，在微功率整流电路输出很??低的电压时能量管理电路即可启动工作，换言之整个节点的功率灵敏度越??稳压输出模块通过毫微功率降压转换器输出适合通信ＭＣＵ和传感器工作的??电压＊此功能通常可崧由外部电压进行使能与关闭。??充电管理模块应包含过压保护、欠压保护以及储能模块电压监控功能，当储??能模块的电压窗于过压阈值时，充电管理模块应触发过压保护功能；当储能模块??的电压低于欠压阈值时，充电管理模块应触发欠压保护功能。??２７??
?电子科技大学硕士学位论文???图３－１０给出了一种能Ｍ理电路在升压阶段和降压阶段的能量管理逻辑，以??保ｉ正无线传感器节点在输入功率较低时芷常启动，在平均功耗过高时稳定工作。??人＾盖电个…⑴丨⑴＂＂纖：￥额，：巧汁??输丨｜丨丨?ｉ?钱人输入丨．ＬＵｋ?：：：：：??出丨出丨出：ｉ：出丨出丨出ｆ齡ｉｔ酵神探ｉ：ｉ丨出丨出丨出丨出??■二广■？、Ｖｉ二八＿心：：：：：：：：：：：：：：：：ｉ「又Ｗ．泣???＜负战Ｍ小输入电丨ｋ?＞?？＂？??／＾ｊｉ，??开始??＜?冷启动电压＞?－Ｆ?猶東??图３－１０能量管理逻辑??升压阶段：ｇ射频整流器输出的电压迖到电源管理芯片的冷启动电压时，能??＿管理电路开始为能暈缓冲区（这里可以使用小容董的超级电容）充电。当能量缓??冲区电压进一步上升到负载的最大额定电压时，稳压模块被使能，开启稳压输出??功能。禽ｆｌ量缓冲区电压达到超级电容的额定电压时，充电模块停止３：作。??降压阶段：当能量锾冲区的电压低于超级电容的额定电压时，充电模块开始??工作。当能量．缓冲区的电压进一步下降到负载的最小额定电压时，稳模块被禁??用，关闭稳压输出功能。当射频电路输出的电压下降至电源管理芯片的冷启动电??压以下时，能量管理电路停止工作。??３．５．２?ＭＰＰＴ?算法??最大功率点跟踪（Ｍａｘｉｍｕｍ?Ｐｏｗｅｒ?Ｐｏｉｎｔ?Ｔｒａｃｋｉｎｇ，?ＭＰＰＴ）算法通常用于太阳能??电池的应用中，通过实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使??系统实现最大功率输出。太阳能电池板与射频整流电路具有两个共同点，其一是??输出功率很小，其二是输出电压电流并不稳定（光强／电磁强
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩展的二元相移键控调制参数性能比较[J]. 吴乐南,应鹏魁. 电波科学学报. 2011(05)
[2]无线输电技术研究现状及应用前景[J]. 赵相涛. 科技信息. 2011(10)
[3]感应耦合电能传输系统互感耦合参数的分析与优化[J]. 孙跃,夏晨阳,戴欣,苏玉刚. 中国电机工程学报. 2010(33)
[4]微波输能技术概述与整流天线研究新进展[J]. 杨雪霞. 电波科学学报. 2009(04)
[5]超窄带高速通信进展[J]. 吴乐南. 自然科学进展. 2007(11)
[6]整流天线技术及应用[J]. 池玉友,许建军,秦占豪. 电子信息对抗技术. 2007(04)
[7]一种新颖的5.8GHz微带贴片整流天线[J]. 邓红雷,孔力. 华南理工大学学报(自然科学版). 2007(05)
[8]高效率微波输电微带贴片接收整流天线的研究与设计[J]. 邓红雷,孔力. 太阳能学报. 2006(02)
[9]微波输电，现代化建设的生力军[J]. 林为干,赵愉深,文舸一,邓扬建. 科技导报. 1994(03)
硕士论文
[1]面向能量收集的低压启动及DC-DC变换芯片研究与设计[D]. 韩怀宇.桂林电子科技大学 2019
[2]多频正弦信号对电磁能量收集系统的影响分析[D]. 王琦.南京邮电大学 2017
本文编号：3016110
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－７三种整流器输出电压与输入功率的关系??
ｎ??降压转换＾?■??ｒｈＡ?｜?匕；￣；；￣?１?模块?＜—ｆ??３升压充电模块??Ｅ３???＾?Ｔ?ｇｇ??冷启动??＾?使能」??■?＾?＾?ｊ?』；—中????，＾＾?Ｉ＾??＼?￣￣＊｜?？？！－—－Ｔ??ｈ?Ｉ￣Ｗ．??Ｕ￣?ＭＰＰＴ?Ｉ?臟爾繼?＾＜｜￣?Ｉ??ｉ?倉考电压．｜?ｐ—！ｖ＞?控飄模块?碾?＇?＇?Ｉ??Ｉ＊＂１?ｍｍ?＾?１—＊?Ｉ＿Ｊ￣■■??Ｉ隹藤?Ｉ?Ｉ??｜参考电压卜?Ａ?Ａ?参＋压??图３－９?—种典型的能＿理芯片结构??３．５．１电路结构??在给出＿量管理电路结构之前，先理清紙量管理芯片的几个关键功能：冷启??动模块，稳压输出模块，充电管理模块。??冷肩动＇楱块負．费：在输入＿．￡￡黉于某一阈值时，芯片开始工作，．这一阈憧称之??为冷启动电压（Ｃｏｌｄ－Ｓｔａｒｔ?Ｖｏｌｔａｇｅ），冷启动电压较低时，在微功率整流电路输出很??低的电压时能量管理电路即可启动工作，换言之整个节点的功率灵敏度越??稳压输出模块通过毫微功率降压转换器输出适合通信ＭＣＵ和传感器工作的??电压＊此功能通常可崧由外部电压进行使能与关闭。??充电管理模块应包含过压保护、欠压保护以及储能模块电压监控功能，当储??能模块的电压窗于过压阈值时，充电管理模块应触发过压保护功能；当储能模块??的电压低于欠压阈值时，充电管理模块应触发欠压保护功能。??２７??
?电子科技大学硕士学位论文???图３－１０给出了一种能Ｍ理电路在升压阶段和降压阶段的能量管理逻辑，以??保ｉ正无线传感器节点在输入功率较低时芷常启动，在平均功耗过高时稳定工作。??人＾盖电个…⑴丨⑴＂＂纖：￥额，：巧汁??输丨｜丨丨?ｉ?钱人输入丨．ＬＵｋ?：：：：：??出丨出丨出：ｉ：出丨出丨出ｆ齡ｉｔ酵神探ｉ：ｉ丨出丨出丨出丨出??■二广■？、Ｖｉ二八＿心：：：：：：：：：：：：：：：：ｉ「又Ｗ．泣???＜负战Ｍ小输入电丨ｋ?＞?？＂？??／＾ｊｉ，??开始??＜?冷启动电压＞?－Ｆ?猶東??图３－１０能量管理逻辑??升压阶段：ｇ射频整流器输出的电压迖到电源管理芯片的冷启动电压时，能??＿管理电路开始为能暈缓冲区（这里可以使用小容董的超级电容）充电。当能量缓??冲区电压进一步上升到负载的最大额定电压时，稳压模块被使能，开启稳压输出??功能。禽ｆｌ量缓冲区电压达到超级电容的额定电压时，充电模块停止３：作。??降压阶段：当能量锾冲区的电压低于超级电容的额定电压时，充电模块开始??工作。当能量．缓冲区的电压进一步下降到负载的最小额定电压时，稳模块被禁??用，关闭稳压输出功能。当射频电路输出的电压下降至电源管理芯片的冷启动电??压以下时，能量管理电路停止工作。??３．５．２?ＭＰＰＴ?算法??最大功率点跟踪（Ｍａｘｉｍｕｍ?Ｐｏｗｅｒ?Ｐｏｉｎｔ?Ｔｒａｃｋｉｎｇ，?ＭＰＰＴ）算法通常用于太阳能??电池的应用中，通过实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值，使??系统实现最大功率输出。太阳能电池板与射频整流电路具有两个共同点，其一是??输出功率很小，其二是输出电压电流并不稳定（光强／电磁强
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩展的二元相移键控调制参数性能比较[J]. 吴乐南,应鹏魁. 电波科学学报. 2011(05)
[2]无线输电技术研究现状及应用前景[J]. 赵相涛. 科技信息. 2011(10)
[3]感应耦合电能传输系统互感耦合参数的分析与优化[J]. 孙跃,夏晨阳,戴欣,苏玉刚. 中国电机工程学报. 2010(33)
[4]微波输能技术概述与整流天线研究新进展[J]. 杨雪霞. 电波科学学报. 2009(04)
[5]超窄带高速通信进展[J]. 吴乐南. 自然科学进展. 2007(11)
[6]整流天线技术及应用[J]. 池玉友,许建军,秦占豪. 电子信息对抗技术. 2007(04)
[7]一种新颖的5.8GHz微带贴片整流天线[J]. 邓红雷,孔力. 华南理工大学学报(自然科学版). 2007(05)
[8]高效率微波输电微带贴片接收整流天线的研究与设计[J]. 邓红雷,孔力. 太阳能学报. 2006(02)
[9]微波输电，现代化建设的生力军[J]. 林为干,赵愉深,文舸一,邓扬建. 科技导报. 1994(03)
硕士论文
[1]面向能量收集的低压启动及DC-DC变换芯片研究与设计[D]. 韩怀宇.桂林电子科技大学 2019
[2]多频正弦信号对电磁能量收集系统的影响分析[D]. 王琦.南京邮电大学 2017
本文编号：3016110
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3016110.html
