基于風(fēng)致振動微型能量收集器供電的無線傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，然而無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(yīng)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(shù)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(zhuǎn)換為電能的微型能量收集器為節(jié)點(diǎn)供電已成為一種新的途徑，其能夠減小節(jié)點(diǎn)體積、延長節(jié)點(diǎn)壽命，進(jìn)而拓寬無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。因此，開展基于風(fēng)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)

2、的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。
　　論文針對無線傳感系統(tǒng)在航空航天、武器裝備等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，結(jié)合重慶大學(xué)微系統(tǒng)研究中心自主研發(fā)的風(fēng)致振動微型能量收集器，提出了一種基于風(fēng)致振動微型能量收集器供電的無線傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)無線傳感節(jié)點(diǎn)的能耗要求，在分析了風(fēng)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(chǔ)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(shè)計(jì)；針對無線傳感系統(tǒng)中對發(fā)射節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)不同的應(yīng)用要求，分別設(shè)計(jì)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(diào)工作；通過實(shí)驗(yàn)研究，對無線傳感系統(tǒng)進(jìn)行了可行性驗(yàn)證和功耗測試，結(jié)果表明，在風(fēng)致振動下微型能量收集器產(chǎn)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(shè)計(jì)達(dá)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(xiàn)的基礎(chǔ)上，對微能源系統(tǒng)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)供電的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析；
　?、诜治隽孙L(fēng)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(shè)計(jì)了一種微能源系統(tǒng)充放電模型,對模型進(jìn)行了仿真，在此基礎(chǔ)上提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體方案；
　　③集成設(shè)計(jì)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(jī)接口電路，制作了印制電路板（PCB），編寫了單片機(jī)控制程序；
　　④設(shè)計(jì)了相應(yīng)的無線接收系統(tǒng)，搭建了基于ARM處理器的上位機(jī)數(shù)據(jù)顯示平臺，編寫了單片機(jī)控制程序和上位機(jī)QT圖形界面應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)接收和顯示功能；
　　⑤通過實(shí)驗(yàn)測試了系統(tǒng)