本文關(guān)鍵詞：基于壓電發(fā)電的環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點自取能技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著集成電路、微型機電系統(tǒng)和傳感器技術(shù)的發(fā)展,以無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點為核心的環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)被廣泛的應用于軍事、電力、農(nóng)業(yè)等諸多領域,為智能化管理帶來了巨大便利。無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點以電化學電池供電。電化學電池體積大、壽命有限、需要定期更換而且一些特殊裝置往往不易更換以及由此帶來的材料浪費和環(huán)境污染也不容忽視。因此,尋找一種長期可持續(xù)的綠色能源對環(huán)境信息監(jiān)測領域的發(fā)展至關(guān)重要。近幾年,國內(nèi)外專家提出利用無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點周圍的環(huán)境能量作為其能量來源為其供電。環(huán)境能量包括振動能、風能和太陽能等。利用能量捕獲器將這些能量轉(zhuǎn)化為電能,并通過能量管理電路將捕獲的電能做進一步的處理,即可實現(xiàn)為無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點供電的目的。該方案得到了國內(nèi)外科研人員的深入研究并認為該方案是可行的。但是在能量捕獲、電源管理、以及無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點設計上仍存在改進的空間。本文分析了國內(nèi)外在環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點自取能技術(shù)的研究現(xiàn)狀,利用振動能驅(qū)動懸臂梁壓電振子發(fā)電原理,提出一種基于壓電發(fā)電的環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點自取能技術(shù)的研究方案。設計了一套由振動能驅(qū)動壓電振子發(fā)電的綠色電源模塊和配套的低功耗無線環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點。在實現(xiàn)環(huán)境信息采集的同時,克服現(xiàn)有供電裝置缺陷,為監(jiān)測設備提供綠色電能,保障監(jiān)測設備可靠運行。同時為自供能環(huán)境信息監(jiān)測領域的發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐。論文的研究工作包括以下幾方面:(1)通過對壓電發(fā)電理論知識的分析,推導出懸臂梁式壓電振子發(fā)電的數(shù)學模型,設計出帶質(zhì)量塊的多層懸臂梁式能量捕獲器。并搭建振動平臺進行測試,實驗表明:能量捕獲器在44.1Hz激振頻率下輸出功率最大,該頻率接近環(huán)境中振動頻率,能夠滿足負載的供能要求。(2)運用LTC3588-1能量收集芯片和LTC4071鋰電池充電芯片搭建出一種新型毫微功率以及低電量斷接保護的能量收集存儲電路。并運用LTspice進行仿真,驗證了電路的可行性。最后實驗表明:該電路輸出3.3V穩(wěn)定電壓,能夠滿足無線傳感節(jié)點供電要求。(3)運用MSP430G2553微控制器和APC240無線傳輸模塊設計低功耗電路,實現(xiàn)環(huán)境中建筑物傾斜度的無線監(jiān)測。對系統(tǒng)整體測試,結(jié)果表明:在間歇工作模式下,能夠?qū)崿F(xiàn)物體傾斜度自取能無線監(jiān)測。
【關(guān)鍵詞】：壓電發(fā)電 能量捕獲器 能量收集存儲 低功耗無線傳感網(wǎng)絡 自取能
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP274;TM619
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 研究內(nèi)容及主要工作15
• 1.4 論文章節(jié)安排15-17
• 第二章 壓電發(fā)電機理17-31
• 2.1 壓電基本理論17-21
• 2.1.1 壓電材料17-18
• 2.1.2 壓電效應18
• 2.1.3 壓電方程18-19
• 2.1.4 壓電性能參數(shù)19-21
• 2.2 壓電振子簡介21-25
• 2.2.1 壓電振子的振動模式21-23
• 2.2.2 壓電振子的支撐方式23
• 2.2.3 壓電振子的激勵方式23-25
• 2.3 壓電振子發(fā)電性能輸出特性25-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第三章 系統(tǒng)總體方案與能量捕獲器設計31-37
• 3.1 系統(tǒng)總體方案31-32
• 3.2 能量捕獲器設計32-37
• 3.2.1 壓電振子材料選擇32-34
• 3.2.2 能量捕獲器結(jié)構(gòu)設計34-37
• 第四章 新型能量收集存儲電路實現(xiàn)37-49
• 4.1 傳統(tǒng)能量收集電路37-39
• 4.2 新型能量收集電路搭建39-45
• 4.2.1 新型壓電毫微功率能量收集電路39-41
• 4.2.2 鋰離子電池充電電路41-43
• 4.2.3 新型能量電路搭建43-45
• 4.3 電路仿真分析45-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第五章 環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點實現(xiàn)49-61
• 5.1 硬件電路部分49-55
• 5.1.1 微控制器的選擇49-50
• 5.1.2 無線模塊50-52
• 5.1.3 傾角傳感器52-53
• 5.1.4 整體電路53-55
• 5.2 軟件部分55-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第六章 系統(tǒng)的功能檢驗及分析61-71
• 6.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)61
• 6.2 系統(tǒng)測試分析61-68
• 6.2.1 能量捕獲器性能測試61-66
• 6.2.2 新型能量收集模塊性能測試66
• 6.2.3 整套裝置性能測試66-68
• 6.3 系統(tǒng)總功率計算及分析68-69
• 6.4 本章小結(jié)69-71
• 第七章 總結(jié)與展望71-73
• 7.1 工作總結(jié)71
• 7.2 工作展望71-73
• 參考文獻73-77
• 附錄一77-83
• 附錄二83-85
• 致謝85-87
• 碩士期間發(fā)表論文87

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曾一致;陶紅艷;劉天寶;余成波;王晟;;復合壓電振子非軸對稱優(yōu)化[J];四川兵工學報;2013年05期

2 周利生;圓柱形壓電振子的多維耦合換能器理論[J];聲學與電子工程;1993年02期

3 任露泉,楊志剛,佟金,曾平;雙彎曲型壓電振子的振動解析[J];壓電與聲光;1998年03期

4 張建輝;路計莊;夏齊霄;王守印;;壓電振子及流體對泵近場噪聲的影響[J];光學精密工程;2006年04期

5 張愛云;何R，

本文編號：386592