无线传感器节点能量收集系统优化与预测研究

摘要

无线传感器网络的应用前景十分广阔，但能量不足问题经常限制着它发挥更大的作用，本课题基于国家自然科学基金项目《面向无线传感网的软件定义电源技术研究》，对无线传感网络的能量问题展开研究。　　为了降低节点功耗，本文在现有的能量收集技术基础上进行改进，分别提出两种能量采集器代替节点传感器的优化模型，并通过实验仿真对模型进行了验证。　　对振动能量收集器，以常见的悬臂梁压电结构为例进行分析，从基本的压电效应分析了振动频率与悬臂梁压电式振动能量采集器输出之间存在的关系，然后通过ansys有限元软件对上述关系进行仿真，根据仿真结果提出建立双悬臂梁压电振动能量采集器代替节点振动传感器的优化模型，最后通过具体实验验证了该模型的可行性，实现了降低节点功耗的目的。　　对太阳能电池，在matlab中对其建模，分析温度和光照强度对其输出的影响，通过连续多日对太阳能电池输出进行测试，结果显示太阳能电池板的开路电压变化趋势与光照强度的变化趋势几乎一致，而温度对太阳能电池输出的影响十分有限，因此建立了太阳能电池开路电压与光照强度之间直接估计方程，通过后续几日的实测数据对估计方程进行了验证，结果显示该估计方程精度较高，证明了可以利用太阳能电池监测光照强度的功能，达到降低节点功耗的目的。　　为了在不增加节点硬件成本的前提下，实现节点的剩余电量预测功能，首先对能量收集系统中电池工作条件进行实验分析，在当前的电池剩余估计理论基础之　　上，设计了一种适用于能量收集系统中干电池剩余电量预测方法，实验结果表明该预测方法基本达到要求。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

1.4 本章小结

2 能量收集系统组成

2.1 引言

2.2 能量采集单元

2.3 能量转换单元

2.4 能量存储单元

2.5 本章小结

3 能量收集系统优化设计

3.1 引言

3.2 振动能量收集器替代振动传感器的优化模型

3.3 太阳能电池实现光照强度监测功能的方法与验证

3.3 本章小结

4 能量收集系统剩余电量预测

4.1 引言

4.2 常用电池剩余电量估计理论

4.3能量收集系统中干电池剩余工作寿命预测方法及实验分析

4.4 本章小结

5 能量收集系统原型设计与实验

5.1 能量收集系统原型设计与实验

5.2 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果

附录