發(fā)布時(shí)間：2018-01-14 15:11

  本文關(guān)鍵詞：無(wú)線能量收集系統(tǒng)及其測(cè)試平臺(tái)　出處：《蘇州大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,其節(jié)點(diǎn)供電方法的研究受到了廣泛關(guān)注。通過(guò)收集諸如風(fēng)能、太陽(yáng)能、動(dòng)能、熱能等環(huán)境中的能量,無(wú)線節(jié)點(diǎn)得以供電。在諸多形式的能量收集技術(shù)中,無(wú)線能量收集技術(shù)通過(guò)收集通信基站或廣播電視塔所發(fā)出的電磁信號(hào)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換,具有供電穩(wěn)定單、環(huán)境友好等特點(diǎn),在低功耗無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)供電、植入式醫(yī)療設(shè)備充電等方面表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。本文針對(duì)電視信號(hào)的無(wú)線能量收集技術(shù)進(jìn)行研究,通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,找出提升收集效率的方法,并最終實(shí)現(xiàn)了高效能的無(wú)線能量收集系統(tǒng)。本文的主要設(shè)計(jì)包括:從無(wú)線信號(hào)源輻射分布情況出發(fā),設(shè)計(jì)了來(lái)波檢測(cè)系統(tǒng);針對(duì)電視信號(hào)設(shè)計(jì)了無(wú)線能量收集系統(tǒng),包括開發(fā)了新型高增益無(wú)線能量收集陣列天線,探索了多種RF-DC轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);為了研究效能評(píng)價(jià)方法,搭建了模擬電視信號(hào)的室內(nèi)測(cè)試平臺(tái),提出了無(wú)線能量收集系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)指標(biāo);最后,在上述單元設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)量平臺(tái)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,又完成了三款高增益無(wú)線能量收集天線、多種能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)方式的能效比較,總結(jié)出了一般規(guī)律,為提高無(wú)線能量收集效能、開發(fā)適合無(wú)線節(jié)點(diǎn)的供電系統(tǒng)提供了理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。首先,本文介紹了無(wú)線能量收集技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)收集天線和轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行現(xiàn)狀分析,總結(jié)提升效能的方法。接著,設(shè)計(jì)了用于檢測(cè)信號(hào)源最大輻射方向的來(lái)波檢測(cè)系統(tǒng)。給出了該系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),包括雙軸旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、msp430單片機(jī)和C#上位機(jī)控制界面。借助該系統(tǒng)可以找到信號(hào)源的最大來(lái)波方向,確保無(wú)線能量收集的準(zhǔn)確性。然后,搭建了針對(duì)電視信號(hào)的無(wú)線能量收集系統(tǒng),詳細(xì)分析了包括新型高增益無(wú)線能量收集陣列天線和各種轉(zhuǎn)換電路在內(nèi)的設(shè)計(jì)過(guò)程,并給出利用CST、HFSS、ADS等仿真軟件得到的優(yōu)化結(jié)果、制作了實(shí)物并得到了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。接著,介紹了收集系統(tǒng)的效能評(píng)估方法,根據(jù)無(wú)線能量收集系統(tǒng)框架,提出評(píng)估整個(gè)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換電路的收集效率、轉(zhuǎn)化效率、電路效率三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。搭建了用于模擬電視塔的室內(nèi)測(cè)試平臺(tái),對(duì)不同收集天線、射頻合路和直流合路兩種連接方式進(jìn)行不同輸入功率條件下的測(cè)試,最后給出所測(cè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)情況。實(shí)驗(yàn)表明天線增益的提升、直流合路和射頻合路兩種方式都可以有效提升收集效率。最后,在上述分析、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,優(yōu)化設(shè)計(jì)了一套高效能無(wú)線能量收集系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)搭建在距離電視塔1.5km處的樓頂,先使用來(lái)波檢測(cè)系統(tǒng)找到最大來(lái)波方向,然后對(duì)四款天線進(jìn)行實(shí)測(cè)對(duì)比,確定收集效率最高的高增益引向振子天線為該系統(tǒng)收集天線。接著進(jìn)行針對(duì)兩種合路方法的室外實(shí)測(cè),驗(yàn)證直流合路和射頻合路對(duì)收集效能的提升作用,并總結(jié)出兩種連接的適用條件。最后采用引向振子天線、六階整流升壓電路搭建的高效能無(wú)線能量收集系統(tǒng),其最大收集電壓為3.25V,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子時(shí)鐘的持續(xù)穩(wěn)定供電。實(shí)驗(yàn)表明該無(wú)線能量收集系統(tǒng)具有整體尺寸適中、轉(zhuǎn)換效能高、輸出持續(xù)穩(wěn)定等特點(diǎn),為無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)供電的打下了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。
[Abstract]:With the rapid development of wireless sensor network technology , the research on the power supply method of wireless energy collection system has attracted much attention . In this paper , the wireless energy collection system is designed , which includes two axes rotating platform , msp430 single chip computer and C # upper computer control interface . The performance evaluation method of collecting system is introduced . According to the frame of wireless energy collection system , three evaluation indexes of collecting efficiency , conversion efficiency and circuit efficiency of the whole system and conversion circuit are put forward .

【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：1424115