面向林用无线传感器的混合微电能收集存储系统研制

发布时间：2024-02-22 05:23

　　目前,无线传感器网络(WSNs)已被广泛应用于森林资源管理与环境监测等领域,但受到森林环境的限制,使其面临严重的供电短缺问题。高效地收集与利用森林环境能源为无线传感器供电的方案拥有众多优势。本文设计了一种新型的超低功耗混合能量收集(HEH)系统,用于收集光伏太阳能、土壤温差热电能与活立木生物电能三种环境微能量,为无线传感器提供稳定供电。针对本文中三种环境能量的电特性,完成混合能量收集系统设计并制板测试。系统性能与特点包括:(1)由于光伏太阳能与另外两种能源的等效电源不同,分别设计了两套独立的低功耗DC/DC转换电路与存储电路,以避免阻抗不匹配问题。并解决了电子多路开关控制下,无法同时收集多种能源的缺陷。(2)将同为等效电压源的活立木生物电能与土壤温差热电能并联连接,共用DC/DC转换电路与存储电路,以降低功率损耗。(3)选择高输出电压与功率的能源系统(光伏太阳能)作为主电源线路供电。副电源线路能源系统(土壤温差热电能与活立木生物电能)主要用于为锂电池充电,形成互补式供电。(4)使用电子多路开关控制主/副电源线路的接通/断开。通过使能端判断开关连通方向,主电源连接常闭开关,副电源连接常开...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1光伏发电模块的等效电路

缱?弧Ｔ诘ノ幻婊?希?艄庹丈涞那慷扔胩?裟艿绯匕?产生的电能成正比例相关。当光照充足时，半导体材料的电子会吸收光子的能量，光电子逸出产生电动势，即“光生电压”。在太阳能电池板的两极之间连接负载，电荷定向移动产生“光生电流”，将光能转换为电能。太阳能电池板按原料种类可分为非晶硅薄膜....

图2.2实验定制的单晶硅太阳能板Figure2.2Experimentalcustommonocrystallinesiliconsolarpanels

系统输入源电特性分析11shPVPVSPVPVOLPVRRIVaqkTRIVIIIss]1)N(exp[++=（2-1）等式中的q为电荷数，单位为库伦（C），其值约为1.60×10-19C。T为PN结的温度。a为二极管理想常数，其中k为玻耳兹曼常数，其值约为1.38×10-23J....

图2.5TEG模块的等效电路

系统输入源电特性分析132.2土壤温差热电能模块电特性分析图2.4温差发电片原理图Figure2.4SchematicDiagramofthermoelectricgenerator(TEG)温差发电的原理基于塞贝克效应（Seebeckeffect），使用温差发电片（TEG）收集....

图2.8活立木生物电源模型

系统输入源电特性分析17将EFGm-zr=和GFzEm=r带入式（2-7）得iviazFRTEE=ln（2-8）20℃时，VmolCKKmolJRTF05916.032585.26.9648415.298314.810ln111==,（2-9）)lg05916.0(iviazEE....

本文编号：3906459