风驱动自供能无线传感器节点及网络关键技术研究

发布时间：2017-08-12 12:12

  本文关键词：风驱动自供能无线传感器节点及网络关键技术研究

  更多相关文章： 能量采集器 ZigBee 无线传感器节点 自供能 无线传感器网络

【摘要】：由于设置灵活,便于大规模布置的特点,无线传感器网络在军事、环境监测、交通监控等领域具有重要应用前景。目前无线传感器网络的传感器节点大多采用传统电池供电,由于电池具有工作寿命有限、需要更换或充电、污染大等缺点,其应用受到了一定的限制。采用可以将环境中的能量转换为电能的微能源系统为无线传感器节点供能是一种理想的方案,开展基于自供能无线传感器节点的无线传感器网络研究具有重要意义。本文针对矿井通风管道、气象监测等应用环境,在课题组前期研究成果的基础上,对基于风能采集器的无线温湿度和风速传感器节点,以及由这些传感器节点组成的无线传感器网络的部分关键技术进行了研究。实现了温湿度、风速的自供能测量,并通过优化电路结构低了节点功耗,完成了无线传感器网络的设计,实现了数据采集的基本功能。主要工作包括:(1)调研分析了风能采集器、自供能无线传感器节点以及无线传感器网络的国内外研究现状,确定了研究内容;(2)完成了无线传感器网络节点的设计,包括自供能无线传感器节点和协调器节点。进行了风能采集器的制作和组装、网络节点总体方案设计、器件选型、电路原理图与PCB的设计、网络节点软件的设计,并针对应用环境从硬件和软件两个方面做了低功耗设计;(3)完成了无线传感器网络的设计,确定了网络的拓扑结构,并基于Z-Stack完成了自供能无线传感器节点和协调器的程序设计;(4)实测结果表明,终端节点在室内实现了节点入网和发送温湿度和风速数据的功能,终端节点在室外最大稳定通信距离为200m,极限通信距离为230m,协调器节点可正常实现组网和与PC的数据交互功能。网络在小规模组网时,内部数据可正常发送,无数据冲突,数据传输具有较好的可靠性。
【关键词】：能量采集器 ZigBee 无线传感器节点 自供能 无线传感器网络
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-22
• 1.1 研究背景8
• 1.2 微型风能采集器研究现状8-12
• 1.3 无线传感器网络研究现状12-20
• 1.3.1 自供能无线节点的研究现状12-16
• 1.3.2 无线传感器网络研究现状16-20
• 1.4 研究意义及主要内容20
• 1.4.1 研究意义20
• 1.4.2 研究内容20
• 1.5 本章小结20-22
• 2 自供能无线传感器节点及组网方案设计22-36
• 2.1 风能采集器的工作原理及结构设计22-27
• 2.1.1 悬臂梁式压电振动能采集器工作原理22-26
• 2.1.2 风能采集原理26-27
• 2.2 风速测量模块设计27
• 2.3 自供能无线传感器节点的总体方案27-28
• 2.4 无线组网方案设计28-34
• 2.4.1 ZigBee协议简介28-31
• 2.4.2 ZigBee的网络拓扑结构31-32
• 2.4.3 Z-Stack介绍32-33
• 2.4.4 无线组网方案33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 3 自供能无线节点及无线传感器网络的软硬件设计36-60
• 3.1 自供能无线传感器节点设计36-52
• 3.1.1 风能采集器及电源管理电路的设计36-38
• 3.1.2 控制单元及射频通信单元的设计38-42
• 3.1.3 温湿度、风速测量单元的设计42-50
• 3.1.4 无线传感器节点的PCB设计50-52
• 3.2 协调器的设计52-53
• 3.2.1 协调器的原理图设计52
• 3.2.2 协调器的PCB设计52-53
• 3.3 基于网络协议栈的软件的设计53-58
• 3.4 本章小结58-60
• 4 自供能无线传感器节点及无线网络的测试60-72
• 4.1 自供能无线节点及无线网络的功能测试60-64
• 4.2 自供能无线节点及无线网络的性能测试64-70
• 4.2.1 风能采集器输出性能测试64-66
• 4.2.2 风速测量单元性能测试66-67
• 4.2.3 无线传感器网络的性能测试67-70
• 4.3 本章小结70-72
• 5 总结与展望72-74
• 5.1 总结72
• 5.2 展望72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 宋涛;吴嘉澍;李垒营;;基于AMN11111的无线安防节点设计[J];激光与红外;2008年10期

2 赵哲;马晓s，

本文编号：661521