基于桂北气象特征的WSN节点光伏供电技术研究
发布时间：2023-08-09 15:35
无线传感器网络技术广泛应用于军事监测、环境探测、农业监控以及工业生产等众多领域,具有广阔的应用前景。然而,传统的无线传感器网络由于节点供电电池有限的使用寿命,导致节点工作寿命短,这成为制约无线传感器网络技术推广应用的重要因素之一。因此,如何使无线传感器网络节点能够自给自足的长期可持续工作,是当前的一个研究热点。光伏电池新能源产业的迅速发展,为无线传感器网络节点可靠供电成为可能。本文以桂北地区气候为无线传感器网络节点工作地域背景,研究无线传感器网络节点光伏自供电技术。针对无线传感器网络节点供电能源受限的问题,对节点光伏电池板的部署角度、最大功率点跟踪算法以及能量管理方法三个方面进行重点的研究与分析。首先本文研究了全球能源现状、能源背景以及桂北地区的太阳能分布概况,对无线传感器网络光伏自供电技术在桂北地区实现的可行性进行分析,并分析了节点自供电的研究现状;然后建立光伏电池等效模型,分析光伏电池的输出特性,对光伏电池的方位角度和倾斜角度进行分析,得到最佳部署角度;接着结合桂北地区的气象特征,对节点自供电系统中的光伏电池、能量存储装置以及控制芯片等各模块进行分析与选型,使硬件方面符合节点自供电...
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文的选题来源、背景与研究意义
1.1.1 选题来源
1.1.2 能源背景
1.1.3 无线传感器网络发展背景
1.1.4 研究意义
1.2 国内外WSN节点自供电技术研究现状
1.2.1 节点光伏自供电技术的研究现状
1.2.2 WSN节点能量管理方法的研究现状
1.3 本文的研究内容和论文架构
1.3.1 本文的研究内容
1.3.2 论文章节架构
第2章 桂北气象特征与WSN节点部署分析
2.1 桂北地区气象特征与太阳能能源分析
2.1.1 桂北地区气象特征
2.1.2 桂北地区太阳能能源分析
2.2 太阳能光伏电池模型的建立与仿真分析
2.2.1 太阳能光伏电池建模
2.2.2 太阳能光伏电池输出特性分析
2.3 WSN光伏自供电节点部署角度分析
2.3.1 WSN节点部署的方位角度和倾斜角度
2.3.2 节点的方位角度部署分析
2.3.3 节点的倾斜角度部署分析
2.4 利用PVsyst软件进行节点部署仿真
2.4.1 PVsyst软件的角度部署模拟流程
2.4.2 倾斜角度和方位角度的部署模拟仿真
2.5 本章小结
第3章 WSN自供电节点系统分析与选型
3.1 WSN自供电节点系统结构分析
3.2 负载模块分析与选型
3.2.1 控制芯片选型与能耗分析
3.2.2 无线通信模块选型与能耗分析
3.2.3 传感器能耗分析
3.3 能量存储装置分析与设计
3.3.1 可充电蓄电池特性分析与选型
3.3.2 超级电容特性分析
3.3.3 能量存储特性分析
3.3.4 能量供给模块分析
3.4 系统各部分的选型与分析
3.4.1 能量存储装置的选型与分析
3.4.2 太阳能光伏电池的选型与分析
3.4.3 选型参数的综合分析
3.5 本章小结
第4章 系统供能电路分析与设计
4.1 MPPT的定义
4.2 MPPT的算法分析
4.2.1 固定电压法
4.2.2 开路电压法
4.2.3 短路电流法
4.2.4 干扰观测算法
4.2.5 电流观测算法及其改进
4.3 MPPT的硬件电路设计
4.3.1 PWM扰动产生电路
4.3.2 光伏电池电流与电压检测电路
4.3.3 降压BUCK电路
4.4 MPPT硬件电路的实验设计与结果分析
4.4.1 恒压源输入的MPPT电路效率实验及分析
4.4.2 室内MPPT电路效率实验及分析
4.5 本章小结
第5章 能量管理硬件与监测软件设计
5.1 能量管理方法
5.2 能量管理方法气象模型设计与分析
5.2.1 气象模型设计
5.2.2 白天晴天天气特征模型与分析
5.2.3 白天阴雨天气特征模型与分析
5.2.4 夜晚特征模型与分析
5.3 基于能量管理方法的电路分析与设计
5.3.1 太阳光照强且储能装置能量充足情况
5.3.2 太阳光照强而储能装置能量不足情况
5.3.3 太阳光照弱而储能装置能量充足情况
5.3.4 太阳光照极弱或无光照情况
5.3.5 基于能量管理方法的硬件电路设计
5.4 能量监测软件设计
5.5 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
个人简历、申请学位期间的研究成果及学术论文
致谢
本文编号：3840505
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文的选题来源、背景与研究意义
1.1.1 选题来源
1.1.2 能源背景
1.1.3 无线传感器网络发展背景
1.1.4 研究意义
1.2 国内外WSN节点自供电技术研究现状
1.2.1 节点光伏自供电技术的研究现状
1.2.2 WSN节点能量管理方法的研究现状
1.3 本文的研究内容和论文架构
1.3.1 本文的研究内容
1.3.2 论文章节架构
第2章 桂北气象特征与WSN节点部署分析
2.1 桂北地区气象特征与太阳能能源分析
2.1.1 桂北地区气象特征
2.1.2 桂北地区太阳能能源分析
2.2 太阳能光伏电池模型的建立与仿真分析
2.2.1 太阳能光伏电池建模
2.2.2 太阳能光伏电池输出特性分析
2.3 WSN光伏自供电节点部署角度分析
2.3.1 WSN节点部署的方位角度和倾斜角度
2.3.2 节点的方位角度部署分析
2.3.3 节点的倾斜角度部署分析
2.4 利用PVsyst软件进行节点部署仿真
2.4.1 PVsyst软件的角度部署模拟流程
2.4.2 倾斜角度和方位角度的部署模拟仿真
2.5 本章小结
第3章 WSN自供电节点系统分析与选型
3.1 WSN自供电节点系统结构分析
3.2 负载模块分析与选型
3.2.1 控制芯片选型与能耗分析
3.2.2 无线通信模块选型与能耗分析
3.2.3 传感器能耗分析
3.3 能量存储装置分析与设计
3.3.1 可充电蓄电池特性分析与选型
3.3.2 超级电容特性分析
3.3.3 能量存储特性分析
3.3.4 能量供给模块分析
3.4 系统各部分的选型与分析
3.4.1 能量存储装置的选型与分析
3.4.2 太阳能光伏电池的选型与分析
3.4.3 选型参数的综合分析
3.5 本章小结
第4章 系统供能电路分析与设计
4.1 MPPT的定义
4.2 MPPT的算法分析
4.2.1 固定电压法
4.2.2 开路电压法
4.2.3 短路电流法
4.2.4 干扰观测算法
4.2.5 电流观测算法及其改进
4.3 MPPT的硬件电路设计
4.3.1 PWM扰动产生电路
4.3.2 光伏电池电流与电压检测电路
4.3.3 降压BUCK电路
4.4 MPPT硬件电路的实验设计与结果分析
4.4.1 恒压源输入的MPPT电路效率实验及分析
4.4.2 室内MPPT电路效率实验及分析
4.5 本章小结
第5章 能量管理硬件与监测软件设计
5.1 能量管理方法
5.2 能量管理方法气象模型设计与分析
5.2.1 气象模型设计
5.2.2 白天晴天天气特征模型与分析
5.2.3 白天阴雨天气特征模型与分析
5.2.4 夜晚特征模型与分析
5.3 基于能量管理方法的电路分析与设计
5.3.1 太阳光照强且储能装置能量充足情况
5.3.2 太阳光照强而储能装置能量不足情况
5.3.3 太阳光照弱而储能装置能量充足情况
5.3.4 太阳光照极弱或无光照情况
5.3.5 基于能量管理方法的硬件电路设计
5.4 能量监测软件设计
5.5 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
个人简历、申请学位期间的研究成果及学术论文
致谢
本文编号：3840505
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