本文關鍵詞：基于綜合環(huán)境能量采集的自供電飛行器無線傳感器

  更多相關文章： 飛行器 環(huán)境能量收集 自供電 最大功率點跟蹤 壓電升壓 綜合儲能

【摘要】：飛行器的工作環(huán)境既惡劣又復雜,如果不能對飛行器工作情況進行實時的監(jiān)測和控制,將會嚴重威脅到飛行安全。分布式無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)常用于結構的在線監(jiān)測,但是其供電多采用干電池,無法保證傳感器節(jié)點長期工作。節(jié)點的供電問題已經(jīng)成為無線傳感網(wǎng)絡技術發(fā)展的主要瓶頸,能量供給技術已經(jīng)成為該技術的核心課題之一。論文在對飛行器典型環(huán)境進行調研的基礎上,分析了飛行器工作過程中振動能和溫差能的分布和特點;然后,確定了綜合能量采集的熱-電、機-電轉換方案,研究了它們的輸出特性;提出了針對溫差發(fā)電裝置(TEG)的最大功率點跟蹤(MPPT)方案。該方案使用脈寬調制技術(PWM)控制Buck-Boost電路產(chǎn)生無功率消耗的虛擬阻抗匹配內阻,實現(xiàn)最大功率跟蹤;提出了適用于無線節(jié)點功率的低功耗測量方案;為解決壓電材料輸出電壓遠低于熱電材料的問題,本文提出了基于同步電荷提取方法的升壓采集方案。該方案運用模擬開關技術降低控制系統(tǒng)的功耗,在升壓的同時不影響壓電材料的輸出功率。本文設計了綜合能量存儲穩(wěn)壓模塊,保證在不同環(huán)境能量以及不同工作狀態(tài)下能量收集模塊均可以向儲存能量的超級電容充電。在此基礎上提出了一種工作在系統(tǒng)掉電模式下的啟動電路,在單片機上電后打開高效能量收集通道,自動關閉啟動通道。最后,制作了無線傳感器樣機,并對樣機進行了測試;實驗結果表明本文提出的控制方案可以有效的提高能量收集的效率和輸出的電功率,并且可以在實驗室條件下實現(xiàn)自供電穩(wěn)定工作。
【關鍵詞】：飛行器 環(huán)境能量收集 自供電 最大功率點跟蹤 壓電升壓 綜合儲能
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V243;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 溫差發(fā)電技術15-16
• 1.2.2 壓電發(fā)電技術16-18
• 1.2.3 混合能源采集供電系統(tǒng)18-19
• 1.2.4 環(huán)境能量采集技術供電的傳感器節(jié)點19-20
• 1.3 本文的研究內容20-22
• 第二章 飛行器可采集能量分布及可行能量轉換方案分析22-38
• 2.1 飛行器典型環(huán)境下的振動特性22-23
• 2.2 飛行器典型環(huán)境下的熱能分布23-24
• 2.3 機—電能量轉換方案24-29
• 2.3.1 壓電發(fā)電技術24-26
• 2.3.2 壓電片安裝方式26-28
• 2.3.3 機—電能量換能結構及輸出特性28-29
• 2.4 熱—電能量轉換方案29-37
• 2.4.1 溫差發(fā)電技術29-30
• 2.4.2 溫差發(fā)電片安裝方式30-31
• 2.4.3 熱—電能量轉換器件及輸出特性31-32
• 2.4.4 溫差發(fā)電裝置仿真分析32-37
• 2.5 本章小結37-38
• 第三章 充電控制方案及其電路38-51
• 3.1 TEG自適應阻抗匹配收集電路38-45
• 3.1.1 典型DC/DC變換電路38-40
• 3.1.2 電路分析40-42
• 3.1.3 最大功率點42-43
• 3.1.4 最大功率點跟蹤方案43-45
• 3.1.4.1 控制算法設計43-45
• 3.1.4.2 控制電路45
• 3.2 壓電能量升壓收集電路45-50
• 3.2.1 壓電能量收集電路46-48
• 3.2.2 基于同步電荷提取的升壓電路實現(xiàn)48-50
• 3.3 本章小結50-51
• 第四章 綜合充電及低功耗控制方案51-65
• 4.1 MSP430單片機選型51-52
• 4.2 自供電飛行器無線傳感器總體方案52-58
• 4.2.1 控制模塊設計53-55
• 4.2.2 自啟動通道設計55-56
• 4.2.3 綜合儲能穩(wěn)壓模塊設計56-58
• 4.3 系統(tǒng)低功耗模式及控制方案58-63
• 4.3.1 MSP430、AS12低功耗模式58-59
• 4.3.2 低功耗控制方案59-63
• 4.4 本章小結63-65
• 第五章 自供電飛行器無線傳感器設計、制作及性能測試65-76
• 5.1 試驗系統(tǒng)的搭建65-68
• 5.1.1 自供電飛行器無線傳感器樣件制作65-66
• 5.1.2 能量轉換裝置的制作66-67
• 5.1.3 實驗系統(tǒng)構成67-68
• 5.2 熱電能量收集通道性能測試68-72
• 5.2.1 基于Buck-Boost電路的阻抗匹配電路測試69-71
• 5.2.2 MPPT算法參數(shù)預設與電路測試71-72
• 5.3 壓電能量收集通道性能測試72-74
• 5.3.1 同步電荷提取電路測試72-73
• 5.3.2 壓電能量收集輸出測試73-74
• 5.4 綜合能量采集自供電工作測試74-75
• 5.5 本章小結75-76
• 第六章 總結與展望76-78
• 6.1 主要內容及結論76-77
• 6.2 未來工作展望77-78
• 參考文獻78-82
• 致謝82-83
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文83

【參考文獻】

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本文編號：638264