面向水产养殖无线传感器网络的绿色供能技术研究

为水产养殖提供水质监测数据的无线传感器网络寿命受限于单节点工作时长.提出一种基于模糊聚类理论的太阳能最大功率点跟踪(MPPT)方法,设计的结合太阳能电池和锂电池的环保型供电智能控制系统,可根据供电能量变化自动选择供电电源,输出多路稳定电压,并能提供锂电池充电管理,延长了网络的最大工作时间.     

水质监测无线传感器网络节点双电源设计

针对电池供电的传感器网络节点电能受限问题,设计实现了一种新型的结合太阳能电池和锂电池供电的节点双电源供电系统。设计采用IAP15F2K612S2低功耗芯片和太阳能板、锂电池;通过软件优化节点供电,采用BQ24650电源管理芯片实现对锂电池的充电控制,以单片机IAP15F2K612S2为微处理器,监测锂电池的电压放电情况,放电控制电路经过DC/DC转换模块向负载供电。测试结果显示：采用双电源供电的节点工作周期长于单电源节点,且系统能稳定输出水质监测节点需要±12,±5,3.3 V的电压要求,实现了预期设计目标。     

无线传感器网络节点太阳能供电系统设计

ZigBee无线传感器网络节点太阳能供电系统由太阳能电池板、充电控制电路和锂电池组成,采集光能并将其转换为电能存储在锂电池中。通过锂电池充电管理芯片CN3063组成充电控制电路对锂电池进行充电管理。利用超低功耗锂电池电压检测芯片CN301组成放电保护电路,最大限度地延长锂电池的寿命。由于电源能量来自太阳能,因此非常适合野外布置的ZigBee无线传感器网络数据采集节点使用。     

WSN节点电池供电性能测试研究

无线传感器网络的传感器节点主要依靠电池供电,为保证节点能较长时间地稳定工作,对电池的供电性能具有较高的要求。本文作者组建了一个基于ZigBee协议的节点功耗测试网络,提供了一种基于WSN的电池电压在线监测的方法,测量误差范围在1%左右,分别对镍氢电池和太阳能电池供电性能进行了测试。实验结果显示,在数据采集周期为2s~600s的情况下,用普通镍氢电池为WSN节点供电只能维持其正常工作10天左右;而使用2000mAh锂电池搭配0.7W太阳能电池板对传感器节点进行供电时,可以维持节点长时间工作,本文的工作可以为今后节点电源设计和节点生存时间估计提供参考。     

井下微能量收集装置设计

井下无线传感节点能量有限,可利用能量收集技术将井下环境能量转换为电能为传感节点供电,从而延长无线传感节点生命周期。测试并分析了井下巷道弱光环境下光照强度,结果表明距光源1～2m范围内,光照强度为50～170Lux,符合非晶硅、钙钛矿等光电材料工作范围,因此将井下弱光能量转换为电能具有可行性。采用30cm×40cm非晶硅光伏电池板、BQ25505型电源管理芯片和锂电池设计了一种井下微能量收集装置,可将井下弱光能量转换为电能并存储。针对井下环境能量不连续的特点,设计了能量缓存机制,即采用容量较小的可充电锂电池为能量缓存电池,选用较大固定容量的锂电池为备用电池,当可充电锂电池电压达到设计值时由其供电,当电压不足时切换备用电池供电,确保无线传感节点正常工作。对微能量收集装置进行了实验室及井下测试,结果表明:装置在50Lux以上光照强度条件下即可输出毫瓦级电能;当井下光照强度达到170Lux以上时,装置能够利用转换的能量为低功耗无线传感节点供电,无需启用后备电池;当光照强度未达到170Lux时,能量缓存机制协调可充电锂电池和备用电池为无线传感节点供电,有效提高了节点生命周期。     

微能源技术在无线传感器网络中的应用

本文提出了在无线传感器网络中应用微能源技术,将太阳能电池作为电源为无线传感器网络中的节点供电.用太阳能电池替代传统的干电池,可以大大提高传感器节点的使用寿命,同时也可以降低传感器的使用成本,解决无线传感器网络的能源问题.     

基于压电能量收集技术的无线传感器节点设计

针对传统无线传感器模块在复杂环境中电池适应性差、维护困难的弊端,设计了基于压电能量收集自供电技术,并具有超低功耗特性的无线传感器网络节点模块;方案采用PZT陶瓷实现压电换能,围绕LTC3588-1进行电源管理,提出了以CC430作为控制核心的应用端低能耗工作模式算法,实现完整的系统构建;实验表明,压电能量收集器可以支持具备低功耗特性的无线传感器模块正常工作。     

一种可执行功耗管理的无线传感器网络节点电源

为了使无线传感器网络(WSNS)节点能够执行动态电压调整(DVS)和动态电源管理(DPM),采用了独特的低功耗电源能量感知电路,通过调节电源电压、管理外围功能模块的电源,以降低节点功耗.对照实验表明,节点能够预测自己的剩余能量,可以在系统软件的配合下进行有效的DPM和DVS,关闭部分无效工作电路,并将电源电压由3.3 V降低到2 V.采用所设计的电源电路显著延长了节点的使用寿命,保证了传感器节点的工作电压不随电池电压降低而改变,从而使传感器节点在测量的长期一致性和稳定性上优于电池直接供电;使系统各个部分运行在节能模式下,较好地优化了节点能耗,提高了节点能量利用率,从而有效延长了网络的生存寿命.     

高压GIS局部放电报警系统设计

针对现有GIS局部放电检测设备的缺陷,设计了一种基于无线传感器网络(WSNs)和GSM的GIS局部放电报警系统.GIS局部放电报警系统由一个信息中转站和若干个传感器节点组成,传感器节点获取GIS工作状况信息,通过nRF24l01无线模块将信息发送给信息中转站,信息中转站再利用GSM模块将各传感器节点发来的信息发送给GIS站管理员,实现了对GIS局部放电高效的实时在线监测.测试实验结果表明:该系统简单、经济、工作稳定、监测范围广,当GIS发生局部放电时,系统能准确地发出报警信息;传感器节点使用1000 mAh的锂电池供电可持续工作超过211天,信息中转站采用20 Ah的铅酸电池供电可持续工作超过58天.     

光伏供电系统在无线传感器网络中的应用

无线传感器网络中每个节点电源的有限性极大地束缚了无线传感器网路的发展;从硬件构成和软件流程等方面分析了光伏控制系统作为无线传感器网络节点能源供电的过程,着重描述了对锂离子电池充电过程的管理和保护;在电池电量计算方法上,结合供电系统的实际运行情况,将电流积分法和测量电压法相结合,提高了电池电量计算的精确度及可靠性;并结合实验情况,分析了系统供电性能的可靠性、高效性及智能化等优点。     

超低功耗的锂电池管理系统设计

为了满足某微功耗仪表的应用,提高安全性能,提出了一种超低功耗锂电池管理系统的设计方案。该方案采用双向高端微电流检测电路,结合开路电压和电荷积分算法实现电量检测。采用纽扣电池代替DC/DC降压电路最大程度降低功耗。系统实现了基本保护、剩余电量检测、故障记录等功能。该锂电池管理系统在仪表上进行验证,结果表明具有良好的稳定性和可靠性,平均工作电流仅145μA。     

基于WSN节点能量补充的太阳能充电系统

由于传统的电池供电方式满足不了WSN节点能量消耗的要求,设计了一种基于WSN节点能量补充的光伏发电系统。根据四区域光电传感器采集的光照强度信息,STM32最小系统驱动控制水平方向和垂直方向的舵机,使得太阳能电池板适时获得最大光照强度。实验结果表明,采用锂电池和电容混合储能方案时,在测试条件下,可为锂电池提供的0.1A左右的充电电流,且持续充电半小时后,锂电池电压可提高8.47%,能够延长无线传感器节点寿命。     

煤矿救灾机器人动力电源研究

针对机器人电源系统的需求,分析并比较了磷酸铁锂电池、超级电容以及磷酸铁锂电池并联超级电容的混合电源的性能,认为磷酸铁锂电池较适合作为煤矿救灾机器人的动力电源;研究了磷酸铁锂电池的小电流放电特性,建立了相应的放电模型,并据此对24V,40A.h的电池进行理论计算,得出结论:放电电流在30A以下时,电池自身消耗的能量可以控制在12%以下,降低输出电流可以降低电池自身的能量消耗,增加输出的能量。     

基于SmartMesh IP技术的无线围岩移动传感器设计

为了解决基于RS-485总线通信的围岩移动传感器在工作面回采过程中线缆容易被扯断,离层数据无法可靠、实时上传的问题,以及现有无线顶板安全监控系统节点数量少、功耗高、实用性差的问题,创新性地提出了一种采用SmartMeshIP无线通信技术的,具有低功耗、自组网特点的无线围岩移动传感器设计方案。对电池电压采集电路、数码管显示电路、光控及遥控电路、元件信号处理电路、报警电路、无线组网模块接口电路六部分硬件电路,及各部分电路低功耗实现方法、电池电量计算与选型以及传感器的软件流程进行了研究。现场应用表明,该传感器无线自组网数据传输稳定可靠,运行功耗低,能够保证在不换电池的情况下工作1年以上。该研究对煤矿安全监测智慧化发展进行了有益的探索。     

基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统设计

目前设计的工业机器人远程监控系统存在抗干扰能力差、功耗过高的问题。基于LoRa无线通信设计了一种新的工业机器人远程监控系统,系统硬件主要设计了主控芯片、工业机器人接口、电源电路和位移传感器四部分。主控芯片为SX1265/7/8型号射频芯片,选用STM32F1103C8T6型号MCU主控芯片作为LoRa无线通信的组网处理硬件,根据MCU主控芯片性能建立信号链,采用SPI接口使SX1276无线收发装置和单片机设备的接口关联,利用锂电池作为电源电路,通过AME8800AEETL稳压芯片稳定锂电池电源电压,使用WXY31拉线式位移传感器实现传感。引入LoRa无线通信技术,建立LoRa无线通信信号储存时序,接收采集平台下发监控指令,更新显示屏上的机器人工作状态,实现远程监控软件操作。实验结果表明,设计的基于LoRa无线通信的工业机器人远程监控系统抗干扰能力得到有效加强,功耗明显降低。     

无线传感器网络节能探索与研究

无线传感器节点往往由电池供电,由于电池只能存储有限的能量,使得无线传感器网络注定寿命很短,因此,最大限度延长传感器设备的使用寿命是一个重要的研究方向和课题.在本次无线传感器网络节能探索研究中,分析了能量收集与管理策略,能量收集主要收集环境能源,如太阳能,通过超级电容实现能量的存储.能量管理主要通过能量预算让传感器节点处于能量中性区间.为了降低无线传感器节点能量消耗,采用超低功耗唤醒接收器在低能耗的情况下连续侦听信道,降低与通信相关的功耗.星型异步M AC协议和超低功耗唤醒接收器可以结合使用,以提高传感器网络的能源效率.实验结果表明,与传统方案相比,该方案在能源效率、功耗和吞吐量方面都有较大的提高.