森林活立木生物电能与太阳能收集方法的研究

【摘要】：在基于无线传感器网络的森林监测系统中,一般采用电池为传感器节点供电,但在森林环境中,传感器节点数目庞大、分布广泛,工作位置难以再触及,电池更换变得极为不便甚至于不可能,从而制约了监测系统中传感器网络的生存周期。为了解决传感器节点在森林中的供电问题,本文提出了森林活立木生物电能与太阳能收集方法的研究。 本文首先对活立木生物电能的产生机理进行了介绍,通过试验探究了活立木生物电能的特点。选择收集太阳能效率较高的电池板,并测试了该电池板的特性。在此基础上设计了活立木生物电能与太阳能的收集系统,包括充电泵电路、超级电容电荷蓄积、DC-DC升压电路及锂电池充电管理电路。同时,模拟了森林环境进行系统电路性能的测试,大量试验表明所设计电路能在完全无源的条件下,将采集的活立木生物电能与太阳能最终存储在锂电池中。通过对传感器节点能耗的分析和计算,表明该系统收集的电能基本满足低功耗无线传感器网络节点数据采集、传输的需求。 本文的创新点在于：研究内容涉及了一个全新的领域——活立木生物电能,所设计收集系统能在太阳光照度达到一定值时采用太阳能收集,否则自动切换到活立木生物电能收集。 【关键词】：活立木生物电能 太阳能 能量收集 无线传感器网络
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK512
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-8
• 1. 绪论8-16
• 1.1. 论文的来源8
• 1.2. 研究的目的及意义8-9
• 1.3. 国内外研究状况9-14
• 1.3.1. 能量收集技术的发展及国内外研究状况9-12
• 1.3.2. 太阳能收集技术的研究状况12-13
• 1.3.3. 活立木生物电能收集技术的研究状况13-14
• 1.4. 本文的研究内容及组织结构14-16
• 1.4.1. 本文的研究内容14
• 1.4.2. 本文的组织结构14-16
• 2. 活立木生物电能与太阳能的采集与测量16-31
• 2.1. 活立木生物电能的产生机理16-17
• 2.2. 活立木生物电能的采集与测量17-25
• 2.2.1. 试验仪器及材料17-18
• 2.2.2. 树干电极位置及土壤电极位置对电压的影响18-22
• 2.2.3. 活立木与土壤间电动势的内阻和输出功率22-25
• 2.2.4. 土壤酸碱度的影响25
• 2.3. 太阳能的采集与测量25-30
• 2.3.1. 太阳能电池技术25-27
• 2.3.2. 太阳能的采集与测量27-30
• 2.4. 本章小结30-31
• 3. 森林活立木生物电能与太阳能收集系统的设计31-44
• 3.1. 系统的整体设计方案31-32
• 3.1.1. 系统电路设计的技术指标31
• 3.1.2. 系统的整体电路框图31-32
• 3.2. 关键环节的设计及特点32-43
• 3.2.1. 充电泵电路33-35
• 3.2.2. 超级电容电荷蓄积35-37
• 3.2.3. DC-DC升压电路37-39
• 3.2.4. 能量存储端设计39-43
• 3.3. 本章小结43-44
• 4. 森林活立木生物电能与太阳能收集系统测试及结果分析44-63
• 4.1. 低功耗无线传感器网络节点工作条件44-45
• 4.2. 收集系统测试及结果分析45-62
• 4.2.1. 充电泵电路测试45-49
• 4.2.2. 超级电容电荷蓄积测试49-51
• 4.2.3. DC-DC升压电路测试51-57
• 4.2.4. 锂电池性能测试57-58
• 4.2.5. 活立木生物电能存储试验及分析58-60
• 4.2.6. 太阳能存储试验及分析60-62
• 4.3. 本章小结62-63
• 5. 总结与展望63-65
• 5.1. 本文工作总结及创新性63
• 5.2. 进一步的展望63-65
• 参考文献65-69
• 个人简介69-70
• 导师简介70-71
• 获得成果目录71-72
• 致谢72-73
• 附录 PCB图及试验照片73-75

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