無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量收集節(jié)點(diǎn)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被公認(rèn)為21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，得到了國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的廣泛關(guān)注和研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在解決特定場(chǎng)合和環(huán)境的監(jiān)測(cè)、通訊、管理和救援等方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。節(jié)點(diǎn)的能耗和能量供應(yīng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展過程中必須解決的關(guān)鍵問題，然而傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的有線能源和一次性電池能源限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用與深度拓展。隨著環(huán)境能量收集技術(shù)的研究與發(fā)展，具備環(huán)境能量收集能力的節(jié)點(diǎn)將為特定區(qū)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供完備的能

2、量解決方案，因此具有能量收集能力的節(jié)點(diǎn)研究是一項(xiàng)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的重要工作。
　　本文以太陽能和風(fēng)能為研究背景，研究太陽能和風(fēng)能的收集、儲(chǔ)存電路以及節(jié)點(diǎn)的能量管理策略，基于現(xiàn)有應(yīng)用技術(shù)并嘗試解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，進(jìn)而對(duì)環(huán)境能量充足地區(qū)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方案展開了探索性研究，取得了以下主要成果:
　　1.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了三種收集太陽能的能量收集電路，不同的電路方案適合不同節(jié)點(diǎn)的能量策略，并針對(duì)能量的存儲(chǔ)研究了鋰電池

3、、超級(jí)電容的不同性能。在電路設(shè)計(jì)過程中充分考慮到能量收集電路的效率和整個(gè)電路系統(tǒng)的低功耗，三種電路的收集效率均達(dá)到了90％以上。同時(shí)設(shè)計(jì)了以風(fēng)力發(fā)電和鉛酸蓄電池存儲(chǔ)電能的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，并在節(jié)點(diǎn)上安置遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的收集和管理。
　　2.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了微弱電流測(cè)試系統(tǒng)，為低功耗電路調(diào)試提供了有效的手段。微弱電流測(cè)試以對(duì)數(shù)放大器為核心器件，通過三個(gè)量程的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了10nA～1mA的電流測(cè)量，可以滿足節(jié)點(diǎn)休眠狀態(tài)下功耗的精確測(cè)量

4、。
　　3.針對(duì)論文中設(shè)計(jì)的能量獲取節(jié)點(diǎn)電路系統(tǒng)，搭建了星型結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)試平臺(tái)，通過太陽能供電節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和風(fēng)能供電協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集，驗(yàn)證了電路系統(tǒng)的可用性。并在電路系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行了一系列的電路參數(shù)測(cè)試，為進(jìn)一步研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量獲取技術(shù)提供了參考。
　　通過戶外環(huán)境的平臺(tái)測(cè)試和基于TI Z-Stack的軟件調(diào)試，分析了能量收集節(jié)點(diǎn)使用過程中出現(xiàn)的問題，實(shí)現(xiàn)了電路系統(tǒng)的改進(jìn)工作，給出了進(jìn)一步的解決方案