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。     

基于双MCU和nRF2401的无线传感器网络系统

基于无线传感器网络的理论和实现研究,提出了无线传感器网络系统.该系统由3个传感器节点和1个Sink节点组成.传感器节点采用MSP430F123单片机为处理器;Sink节点采用S3C2410为处理器,两者的无线传输模块均采用nRF2401芯片.经调试运行,该系统实现了小规模地区内温度信号的采集、传输和处理.运行结果表明,该系统可以作为无线传感器网络的实验系统,为无线传感器网络的研究提供实验平台.     

一种基于压电俘能器供电的温度测量系统设计

物联网时代传感器节点往往分布广泛,且有时传感器节点放置位置不易触及,电池能量一旦用尽不易更换,该传感器节点就无法正常工作。为此,该文设计了一种基于压电振子振动能量供电的微功耗温度测量系统,该系统利用压电振动能量收集装置将环境中存在的低频振动能量转换为电能并收集存储,并为设计的微功耗温度测量系统供电从而实现温度信号采集和发送。提出了一种基于干簧管的能量采集电路,其采集效率是标准能量采集电路的32倍,最后通过试验验证了该系统的可行性与准确性。     

一种低功耗的微弱能量收集电路设计

为了实现高效率地收集环境中的各种微弱能量,设计了一种低功耗的微弱能量收集电路。采用LTC3588-1电源管理芯片为核心的电压变换电路、LTC4071充电控制芯片为核心的充电控制电路、TPL5100为核心的定时器电路搭建低功耗微弱能量收集电路,设计的电路能够将收集到的微弱能量转换为电能存储到锂电池或者提供给负载供电。实验结果表明,设计的低功耗微弱能量收集电路实现了微弱能量的收集,能量收集电路自身平均功耗低至182μW,验证了收集微弱能量给无线传感器网络节点供能的可行性,电路因低功耗、低成本等优点,具有应用前景。     

基于无源技术的无线传感器网络节点设计

电源在整个无线传感器网络系统中具有极其重要的意义,为了满足系统为微型传感器节点供电的需求,本文设计了采用充电泵实现超低压启动、双电容蓄能的微弱能源采集电路。该电路能够在低温差条件下为蓄能电路积累能量,实现低温差环境下的微弱能量采集,并能够根据无线传感器网络节点间歇性工作的特点,快速做好供电准备。实验结果表明,系统具有能量收集效率高、传输距离较远等优点,有效地解决了无线传感网络节点能源供电的问题,具备较高的实用价值。     

基于ZigBee的多传感器物联网无线监测系统设计

设计一款基于zigbee的多传感器物联网无线监测系统,阐述该系统的主要功能,并对其总体结构、硬件电路以及软件设计进行详细论述。系统基于ZigBee技术组建树形无线传感器网络,以CC2530为核心设计模块化无线终端节点,集成了温度、湿度、烟雾、红外等的多传感器模块,组建无线监测系统。通过协调器节点无线采集数据,并利用GPRS模块远程传输数据,可实现环境信息、人流量、安防等监控。     

基于ZigBee协议的无线传感器网络设计

本设计以超低功耗单片机MSP430F149为核心,结合外围传感器和无线收发模块设计了传感器网络节点.MSP430F149控制传感器采集环境中的温度、振动数据,并时原始数据进行初步处理,再由符合ZigBee协议的无线收发模块将数据发送给相邻节点.数据经传感器网络节点的逐级转发最终发送回汇聚节点,再由它向监控计算机发送,实现对环境的监测.     

基于无线携能通信的传感云系统Sink节点最优能效策略

无线携能通信能够提升传感器网络的能量效率和资源复用率,然而当前研究均优化无线携能通信参数以实现系统增益,忽略了信道质量变化对系统能量效率的影响.为了解决该问题,针对无线携能通信的传感云系统,提出基于最优停止理论的Sink节点能效优化策略.首先设计下行无线携能通信、上行信息传输的工作时序,其中下行阶段Sink节点采用机会调度策略,选择信道质量较好时刻开始下行链路传输.Sink节点能效定义为系统所实现的上行吞吐量与下行能耗之比.继而基于最优停止理论,建立Sink节点能效最优化问题并证明该问题存在最优停止规则.最后设计最优能效算法求解Sink节点最优下行无线携能传输时刻,从而制定相应的能效优化策略.通过仿真实验验证最优能效算法的有效性与性能,同时通过不同策略的对比验证所提策略在提升Sink节点能效方面的优势.     

嵌入式低功耗无线传感器网络的探求

无线传感器网络是一门融合传感技术、计算机技术和无线通信技术的二十一世纪的通信网络,具有巨大的应用价值和重要的研究价值。无线传感器网络由大量集成传感器、数据处理单元和无线通信模块的节点通过自组织方式构成,可以将环境信息通过网络方式及时有效地传输到接收端。由于节点的供电单元能量有限且不易更换,能量消耗成为无线传感器网络的核心问题。可以从两个途径去解决该问题：一是提高电源的能量;二是通过低功耗设计技术提高网络的能量效率。然而,由于电源能量的提高存在瓶颈,提高网络的能量效率才是解决延长网络生存期问题的根本途径。     

Sink节点移动的三维无线传感网数据收集算法研究

为克服三维静态无线传感网中的能量空穴问题和提高网络生存时间,考虑Sink节点移动,提出一种Sink节点移动的三维无线传感网数据收集算法(DCA-TWSN),在DCA-TWSN中,提出三维环境下的正方体网格划分方法,建立包括Sink 移动路径选择约束、数据流量约束、能耗约束、链路约束等约束条件的数据收集优化模型,采用最优化方法求解已知Sink节点移动路径的数据收集优化问题,采用修正的蚁群算法求解Sink节点的移动路径问题,获得最优方案。仿真结果表明:不管Sink节点的最大数据收集跳数和传感节点数量如何变化,DCA-TWSN都能寻找到较优的移动路径和数据传输方案,从而提高了网络生存时间和传感节点的平均数据传输率,降低了移动路径长度、平均节点能耗方差和丢包率,比RAND、GREED和EDG-3D更优。     

一种用于水质监测的WSNs节点的设计与实现

提出了一种基于无线传感器网络的水质监测传感节点设计方案,该节点由传感器模块、主处理器模块与无线通信模块和能量供应模块组成,其中传感器模块采用独立的模块结构,与主处理器之间由RS-485总线相连,主处理器与无线通信模块是以符合IEEE 802.15.4协议的CC2430芯片为基础设计的。多个传感器节点采用Zig Bee协议栈实现自组网,从而构建一个参数设置灵活、节点布置快速的水质自动监测系统。     

基于磁流变阻尼器的自供能无线传感系统设计

为检测磁流变阻尼器的内部状态参数,提出一种电磁式机械能量采集器的新型结构,将磁流变阻尼器工作缸内活塞运动的机械能转换为电能,以超级电容器作为储能器件,设计了相应的能量管理电路,实现温度传感器和无线传感模块的能量供给。实验结果表明:自供能装置能产生高达4.5 V的开路电压,所设计的能量管理系统可以驱动无线传感模块正常工作。     

无线传感器网络信息时空融合模型与算法研究

信息融合是解决无线传感器网络能量和通信带宽受限的有效途径,提出了一种无线传感器网络信息时间和空间多级混合融合的结构模型。首先对距离汇聚节点较远的节点信息进行时间融合和对距离汇聚节点较近的节点信息在汇聚节点进行时空融合,然后在汇聚节点对两种节点的融合结果进行全网络的空间融合。就该模型提出了基于DS证据理论的多级时空融合算法。数据分析结果表明:该模型能够降低节点能耗,延长网络寿命。     

面向电力设备的温度检测节点功耗研究及自供电电源设计

对电网中电力设备进行实时的温度检测是避免电网设备故障与安全事故的重要手段,采用非接触式的无线测温技术是近年来电力系统向智能化发展的重要体现。针对智能电网的发展需求,设计了一种基于无线射频通信技术的温度检测节点,该节点由温度传感器DS18B20、超低功耗单片机PIC18LF14K50与无线射频收发芯片MRF49XA组成,可实现休眠等待、数据采样处理与无线通信3种工作状态。通过设置不同工作状态下的关键参数,对温度检测节点的平均功耗进行测试比较,总结归纳了节点功耗规律。在此基础上,为温度检测节点设计了一种基于LTC3588-1芯片的自供电电源管理单元,采用成熟可靠的感应电流取能技术满足温度检测节点的自供电需求。研究表明,当节点处于充满电状态时,一旦切断能量源,节点仍能持续稳定工作47 h,足以维持温度检测节点的正常工作直至电网恢复正常运行。     

磁耦合谐振技术的无线可充电传感器节点设计

结合磁耦合谐振技术,设计了一款基于磁耦合谐振的无线可充电传感器节点.该节点不仅能够实现数据采集和传输,还能通过磁耦合谐振实现能量补充,从而解决WSNs能量受限问题.结合可充电节点的设计要求,基于模块化设计思想,给出其软硬件设计;采用双电源设计架构,以及能量监控和管理,实现节点能量获取与数据传输互不影响.实验结果表明,本文设计的无线可充电传感器节点满足设计要求,使构成无线可充电传感器网络成为可能.     

基于自供电的磁流变阻尼器内部状态无线监测系统设计

为了获取磁流变阻尼器内部状态参数并解决能量供给问题,设计了一套基于自供电技术的磁流变阻尼器内部状态无线监测系统。通过能量采集装置将服役状态下磁流变阻尼器中磁流变液的动能转换为电能,再经能量管理电路进行高效充放电管理,为无线发射模块和传感器供电,无线发射模块将传感器采集到的数据发送给外部接收模块进行处理。实验结果表明:采集到的能量能够驱动无线传感模块正常工作,该系统能准确获取阻尼器内部温度、压强信息,为磁流变阻尼器的进一步研究提供理论依据和技术支持。     

齿轮轴承温度遥测系统设计

为实现旋转状态下的齿轮轴承的温度测量,设计了一种轴承温度遥测系统。该系统采用热电偶配合冷端补偿作为温度测量技术手段,利用感应耦合电能传输(ICPT)原理的非接触式电能接入技术和直接序列扩频数字无线通信技术,完成了温度信号的采集、非接触电能传输、无线数据发射与接收,实现了对轴承温度的遥测。轴承温度遥测试验结果表明:系统所测得的轴承温度与油膜温变化趋势相同,与理论相符,证明了该系统满足齿轮轴承温度测量的实际需求。     

应用于土壤温度测量的无线传感器节点设计

针对传统土壤温度测量方法的缺陷，设计了一种由MCU、传感器、无线收发模块组成的传感器节点。测量时将整个传感器节点埋入土层长期监测土壤温度，通过无线方式进行传输数据，解决了传统测量方法中劳动强度和测量准确性不能兼顾的矛盾。实验证明，通过对节点的电磁兼容和低功耗设计，使节点的通信距离和电池使用寿命均达到了理想的效果。     

一种可控簇规模的能耗均衡路由协议的设计

无线传感器网络路由研究的主要难点在于节点负载不均衡,容易导致某些节点能量提前耗尽,从而使得传感器网络过早死亡.针对这一难点,本文提出了一种可控簇规模的能量均衡路由协议(CCERP).该协议综合考虑节点的剩余能量、节点与邻居节点的链路质量、节点的度选择簇首节点,然后根据节点距离Sink节点的最短跳数控制簇首竞争半径,从而控制簇规模,接着利用虚拟力模型进行普通节点成簇,最后簇首通过多跳路由将采集的数据发送至Sink节点.该协议在簇首选举、簇规模控制和簇首间路由都充分考虑了负载均衡,实验结果验证了该协议具有较好的能耗均衡性.     

一种基于自适应代表节点选择的WSN数据收集方法

采用压缩感知的无线传感网络数据收集方法要求每个节点都参与数据收集,会造成很大的能量浪费.本文提出了一种基于自适应代表节点选择的WSN数据收集方法,在保证压缩感知数据重构精度的同时,减少参与数据收集的节点数.首先,采用主成分分析和混合压缩感知相结合的办法设计稀疏基;然后,通过分析稀疏基的框架势FP(Frame Potential)设计压缩感知的稀疏观测矩阵,从而选择代表节点,以减少参与数据收集的节点数目;最后,根据Sink处数据重构精度,自适应调整稀疏观测矩阵以用作下一时刻数据收集,从而保证数据收集的重构精度.仿真结果表明,该方法有效的降低了网络能耗和数据传输量,同时还保证了每个时刻数据重构的精度.