基于風致振動微型能量收集器供電的無線傳感系統(tǒng)設計與實驗研究.pdf

1、無線傳感網絡是物聯(lián)網技術應用的重要基礎，然而無線傳感網絡節(jié)點的電源問題卻日益成為其發(fā)展的瓶頸，特別是在一些特殊的應用環(huán)境中，如無人值守、條件惡劣、不易更換電池等使用環(huán)境。隨著MEMS微能源技術的發(fā)展以及各種低功耗電子器件的出現(xiàn)，利用將環(huán)境能轉換為電能的微型能量收集器為節(jié)點供電已成為一種新的途徑，其能夠減小節(jié)點體積、延長節(jié)點壽命，進而拓寬無線傳感網絡的應用范圍。因此，開展基于風致振動微型能量收集器供電的無線傳感系統(tǒng)研究，對無線傳感網絡技術

2、的發(fā)展具有重要的科學意義和實用價值。
　　論文針對無線傳感系統(tǒng)在航空航天、武器裝備等領域的應用需求，結合重慶大學微系統(tǒng)研究中心自主研發(fā)的風致振動微型能量收集器，提出了一種基于風致振動微型能量收集器供電的無線傳感系統(tǒng)設計方案。根據(jù)無線傳感節(jié)點的能耗要求，在分析了風致振動電磁式微型能量收集器工作特性和輸出特性的基礎上，完成了微型能量收集器為傳感發(fā)射系統(tǒng)供電的管理電路設計；針對無線傳感系統(tǒng)中對發(fā)射節(jié)點和接收節(jié)點不同的應用要求，分別設計了

3、低功耗無線發(fā)射系統(tǒng)和無線接收系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)裝調工作；通過實驗研究，對無線傳感系統(tǒng)進行了可行性驗證和功耗測試，結果表明，在風致振動下微型能量收集器產生的電能可以滿足無線傳感發(fā)射系統(tǒng)工作要求，接收系統(tǒng)能可靠接收數(shù)據(jù)，設計達到課題要求。論文的主要研究工作如下：
　?、僭诓殚喠舜罅恐杏⑽奈墨I的基礎上，對微能源系統(tǒng)為無線傳感網絡供電的國內外研究現(xiàn)狀進行了分析；
　?、诜治隽孙L致振動電磁式微型能量收集器的工作特性以及超級電容器的充放電

4、特性，設計了一種微能源系統(tǒng)充放電模型,對模型進行了仿真，在此基礎上提出了系統(tǒng)設計的整體方案；
　　③集成設計了無線發(fā)射系統(tǒng)的電源管理電路、溫度傳感電路、無線通信發(fā)射電路以及單片機接口電路，制作了印制電路板（PCB），編寫了單片機控制程序；
　?、茉O計了相應的無線接收系統(tǒng)，搭建了基于ARM處理器的上位機數(shù)據(jù)顯示平臺，編寫了單片機控制程序和上位機QT圖形界面應用程序，實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)接收和顯示功能；
　?、萃ㄟ^實驗測試了系統(tǒng)