微能量采集系统及其应用于无线传感器的研究

发布时间：2020-05-22 13:48

【摘要】：无线传感器网络是由若干传感器节点组成的分布式网络,各个节点能够采集环境数据信息,通过无线通信的方式实现信息交互。但是能量受限的问题严重限制了无线传感网络的发展,为了解决使用锂电池带来的环境污染以及成本过高等问题,能量采集技术被应用到无线传感器网络之中。能量采集设备将周围环境中的能量转化为电能,代替电池为无线传感器节点供电。然而采能过程的不稳定性使得能量采集设备不能够提供持续稳定的电能,从而严重影响无线传感网络系统整体的性能。本文设计了一种基于能量采集技术的无线传感器网络,其设计工作包括:设计和测试能量采集设备;电源管理电路的设计和制作;设计和完成低功耗无线传感器节点。电源管理电路中的能量感知开关是从硬件角度降低节点能耗的主要途径,也保证储能模块与节点之间电能的智能互相关管理。电源管理电路具有最大功率跟随的功能,可以避免由于电力负载与能量采集设备之间由于阻抗不匹配导致传输效率过低的问题。系统中选用了温差发电器、压电式振动能发电器和磁力振动发电器这三种能量采集设备作为供电源,采集后的电压经过电源管理电路的处理后成为稳定的直流电压,然后测试这三种发电设备的发电性能。无线传感器节点的设计主要从低功耗入手,从硬件和软件两个角度降低节点的能量消耗。本文除了理论分析之外还进行了制作和测试,从而实现了能量采集器为无线传感器节点提供电能。随着研究人员在微电子技术领域的研究不断突破,无线传感器通信网络的设计会更加低功耗、更加微型化,能量采集技术在这个领域的应用也会越来越广泛。
【图文】：

图 1.1 利用列车到来时轨道振动为节点供电技术和低功耗电子技术的发展，业界提出了多种多样的动（event-driven）”机制是无线传感网部署中的重要技术[定事件（例如振动、温度/湿度或者其他传感器能够感知， 传感器才被唤醒再进行数据传输工作，在其他时刻则于有效利用能源、延长传感网寿命、降低使用成本等有管道为例进行分析，，传感器节点安装在管道上，管道收到然后提供给无线节点使用，节点可以将报警信息发送出

如图1.2 所示。以输油管道为例进行分析，传感器节点安装在管道上，管道收到严重撞击时碰撞产生的电能被存储，然后提供给无线节点使用，节点可以将报警信息发送出去。图 1.2 事件驱动机制的无线传感网作为薄膜太阳能发电领导者的汉能公司推出一款发电背包，如图 1.3 所示。背包的正面的太阳能发电纸使用了 MiaSolé芯片，在其下方还可以抽出一张发电纸来增强发电效能[9]。测试表明，这款发电板使用的是全球先进的 MiaSolé高端的铜铟镓硒（CIGS）薄膜发电技术[9]，吸光能力强且发电稳定，能量转化率高达 19.5%，量产效率为 17.3%。这款背包的发电量不但可以为无线传感器节点充电，给手机等电子设备充电可是可行的，是商旅人员出行必备的背包。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TP212.9

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本文编号：2676090