本文關(guān)鍵詞：基于超級電容的WSN節(jié)點(diǎn)供電技術(shù)

  更多相關(guān)文章： 多源充電 超級電容 低功耗WSN節(jié)點(diǎn) 穩(wěn)壓供電 能量收獲

【摘要】：近些年來,隨著科技的發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN:Wireless Sensor Network)技術(shù)日臻成熟,這一技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用到了諸如軍事探測、醫(yī)學(xué)體感治療、土壤檢測等各個(gè)領(lǐng)域。WSN節(jié)點(diǎn)的主要供電方式是電池,而電池的使用壽命和限制條件往往制約了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用,電池更換和電池質(zhì)量上的問題不但會直接影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)本身,而還會影響到整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命。本文研究一種使用機(jī)械振動(dòng)能量收獲、太陽能收獲技術(shù)進(jìn)行電能俘獲,用超級電容蓄能的WSN節(jié)點(diǎn)供電方法,這種供電方法可以有效利用環(huán)境能源、使用壽命長、安全、使用條件更加寬泛,從而達(dá)到充分利用資源、節(jié)約資源、提高WSN壽命的目的。本文首先分析研究了超級電容的基本結(jié)構(gòu)和作為儲能元件的工作原理及數(shù)學(xué)模型,由此得出了超級電容充電效率高、工作環(huán)境要求寬泛、幾乎可以無限重復(fù)使用等突出優(yōu)點(diǎn)。通過理論分析計(jì)算證明了超級電容作為低功耗WSN節(jié)點(diǎn)供電蓄能元件,并得到了其作為WSN節(jié)點(diǎn)供電作為儲能元件的主要參數(shù)。然后對太陽能收獲技術(shù)和機(jī)械振動(dòng)能量收獲技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究,分析了使用太陽能板和壓電陶瓷懸臂梁進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理。研究了使用兩種能量收獲方式作為能量源為超級電容充電從而提供WSN節(jié)點(diǎn)所需電源的可能性,以保證在不同的應(yīng)用環(huán)境下能夠持續(xù)能量收獲為超級電容充電。論文對超級電容充放電特性進(jìn)行了深入研究,設(shè)計(jì)了基于大功率三極管S8050和可調(diào)穩(wěn)壓器LM317的超級電容充電的電路,通過實(shí)際測試證明了當(dāng)使用相對較大的電流對超級電容充電時(shí),充電過程穩(wěn)定、充電速度快、充電效率較高的特性。最后結(jié)合目前主流WSN節(jié)點(diǎn)供電要求設(shè)計(jì)了一款為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電的超級電容多源充電的供電器,電源選取五個(gè)2.7V、500F的超級電容作為核心蓄能元器件,由MSP430單片機(jī)控制選擇合理的能量收獲源為超級電容充電,在輸出電壓的升壓和穩(wěn)壓控制電路中,由MSP430檢測終端輸出的電壓值與設(shè)定的WSN節(jié)點(diǎn)供電電壓值(3.3V)相比較,用PID算法所產(chǎn)生的PWM控制輸出調(diào)節(jié),最終使輸出電壓達(dá)到所需要的穩(wěn)定值。通過硬件電路的實(shí)際搭建和調(diào)試以及對測試數(shù)據(jù)的研究分析表明,所設(shè)計(jì)的基于超級電容蓄能的供電系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求,可以為WSN節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定的供電電壓。
【關(guān)鍵詞】：多源充電 超級電容 低功耗WSN節(jié)點(diǎn) 穩(wěn)壓供電 能量收獲
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM53;TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 選題背景及研究意義9
• 1.2 超級電容的發(fā)展概況9-10
• 1.3 超級電容在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.4 超級電容的優(yōu)缺點(diǎn)11-12
• 1.4.1 超級電容的優(yōu)點(diǎn)11
• 1.4.2 超級電容的缺點(diǎn)11-12
• 1.5 超級電容的應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)12-13
• 1.5.1 商業(yè)應(yīng)用12-13
• 1.5.2 工業(yè)應(yīng)用13
• 1.5.3 重型交通工具中的應(yīng)用13
• 1.6 本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排13-15
• 1.6.1 本文的主要內(nèi)容13-14
• 1.6.2 本文的結(jié)構(gòu)安排14-15
• 第二章 超級電容的原理及特性15-21
• 2.1 超級電容的結(jié)構(gòu)及原理15-16
• 2.2 超級電容器的分類16-18
• 2.2.1 電化學(xué)電容器16
• 2.2.2 對稱類型16-17
• 2.2.3 混合電容器17
• 2.2.4 非對稱型17-18
• 2.3 超級電容的特性18-20
• 2.3.1 超級電容的等效電路模型18-19
• 2.3.2 超級電容的特性19-20
• 2.4 超級電容的選擇20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第三章 環(huán)境能量收獲技術(shù)21-34
• 3.1 環(huán)境能量收獲21-22
• 3.1.1 太陽能電池板能量收獲原理21
• 3.1.2 電磁式振動(dòng)能量收集原理21-22
• 3.1.3 溫差能能量收集基本原理22
• 3.2 壓電轉(zhuǎn)換的基本原理22-23
• 3.2.1 壓電材料的物理性質(zhì)22-23
• 3.3 壓電效應(yīng)在壓電發(fā)電方向上的應(yīng)用原理23-27
• 3.3.1 壓電方程25-26
• 3.3.2 適用于懸臂梁式發(fā)電的“31”發(fā)電結(jié)構(gòu)26-27
• 3.4 壓電發(fā)電裝置開路電壓的理論計(jì)算27-30
• 3.5 理論分析結(jié)果30-32
• 3.6 基于多源充電的超級電容供電系統(tǒng)的原理與構(gòu)成32
• 3.6.1 系統(tǒng)供電原理32
• 3.6.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)32
• 3.7 本章小結(jié)32-34
• 第四章 超級電容的充電電路設(shè)計(jì)34-45
• 4.1 超級電容的多源充電模式34-36
• 4.1.1 主要元器件介紹34-35
• 4.1.2 電路原理35-36
• 4.2 超級電容充電模式36-37
• 4.3 恒壓限流充電電路37-41
• 4.3.1 恒壓限流充電電路的設(shè)計(jì)37-38
• 4.3.2 元器件的選擇38-39
• 4.3.3 實(shí)際電路的搭建和測試以及數(shù)據(jù)分析39-41
• 4.4 對充電電路的改進(jìn)41-44
• 4.4.1 基于S8050改進(jìn)電路的設(shè)計(jì)41-42
• 4.4.2 改進(jìn)后電路搭建及數(shù)據(jù)分析42-44
• 4.5 分析選擇合理的電路44
• 4.6 本章小結(jié)44-45
• 第五章 超級電容電源電路的設(shè)計(jì)45-55
• 5.1 超級電容放電電源電路的硬件設(shè)計(jì)45-47
• 5.2 基于升壓芯片QX2304升壓電路的設(shè)計(jì)47-48
• 5.3 電路設(shè)計(jì)48-50
• 5.3.1 PWM波形輸出的基本原理48-50
• 5.3.2 基于單片機(jī)MSP430的控制系統(tǒng)50
• 5.4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)50-52
• 5.4.1 PID算法51
• 5.4.2 PID軟件控制流程圖51-52
• 5.5 超級電容充放電系統(tǒng)在實(shí)際電路中的檢測52-54
• 5.6 本章小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 發(fā)表文章目錄59-60
• 致謝60-61
• 附錄1（基于單片機(jī)MSP430的超級電容充放電電路）61-62
• 附錄2（實(shí)驗(yàn)程序）62-69

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 楊惠;孫向東;鐘彥儒;陶柳英;張鵬程;;基于雙向DC-DC變換器的超級電容器儲能系統(tǒng)研究[J];西安理工大學(xué)學(xué)報(bào);2011年04期

2 瞿雷;;一種新的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)Zigbee[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2006年01期

3 原羿,蘇鴻根;基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2004年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 于志;多種太陽能新技術(shù)在示范建筑中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

2 袁見;中國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)政策效應(yīng)研究[D];遼寧大學(xué);2013年

3 劉祥建;多方向壓電振動(dòng)能量收集方法及性能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

4 張曦煌;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究[D];江南大學(xué);2008年

5 唐西勝;超級電容器儲能應(yīng)用于分布式發(fā)電系統(tǒng)的能量管理及穩(wěn)定性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（電工研究所）;2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡斌;城市軌道交通地面式超級電容儲能裝置控制策略研究[D];北京交通大學(xué);2014年

2 田振華;海洋溫差能驅(qū)動(dòng)剖面探測浮標(biāo)研究[D];中國艦船研究院;2014年

3 李福;振動(dòng)能量收集系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D];中國石油大學(xué)（華東）;2013年

4 代娟;超級電容智能充電機(jī)的研制[D];西南大學(xué);2013年

5 曾一致;振動(dòng)能量收集器優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];重慶理工大學(xué);2013年

6 林晨寬;電磁式低頻振動(dòng)能量收集裝置的設(shè)計(jì)與研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

7 張彬;超級電容器串并聯(lián)技術(shù)的研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2010年

8 董云鵬;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];北京交通大學(xué);2008年

9 王志冰;基于超級電容的起重機(jī)能量管理系統(tǒng)的研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

10 薛小軍;基于超級電容的車輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的仿真研究[D];西南交通大學(xué);2005年

，

本文編號：637457