压电自供电无线传感器网络节点关键技术的研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:darkak
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根据无线传感器网络中的各节点面临的供电能源紧缺问题,提出了一种基于自供电方式的无线温度传感系统的设计方法。目前,传感器网络在实际应用中存在严重的能源短缺问题,现在传感器网络节点使用的能量源普遍为化学电池,这些化学电池储备电量有限,无法长期为传感器节点提供电能,因此需要经常性更换电池电源来弥补不足,但是这样做不仅造成资源浪费而且增加系统花销,所以针对传感器能量源消耗的问题,本文设计了一种自供电无线温度传感系统,在本系统中将机械振动能量源转化为电能为传感器节点供电,不但取代了传统传感器节点中的电池,使其在不需要维护的情况下长期工作,而且也减少了能源的浪费。本文设计了一种自供电无线温度传感系统,运用压电效应将机械能转化为电能为系统供电,并对压电发电机的原理进行了理论分析和功率计算。完成了无线传感器网络节点的设计,硬件电路采用微功耗处理器MSP430、石英音叉温度传感器、NRF24L01无线等模块。首先通过压电板和压电能量转换器将机械能量源转换为电能,再采用超级电容对电能储存,经过电源管理模块对MSP430微处理器、石英音叉温度传感器和NRF24L01无线模块进行供电;利用石英音叉温度传感器将环境温度变化转变成频率信号送入MSP430微处理器中,通过频温转换将频率变化转成温度变化进行测温,最后经NRF24L01模块将温度信号通过无线方式传输到主控制器中,完成对温度的无线测量。采用IAR集成开发环境,运用C语言对应用程序进行开发设计,完成系统软件设计,搭建了相应的实验平台对系统进行测试。实验结果表明,通过压电芯片LTC3588-1可以将振动的机械能转化为供电电压为3.3V的电源,达到低功耗无线温度传感器系统的供电要求,实现了自供电无线温度传感系统的设计目的。
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