无线传感器网络节点光伏能量采集技术研究

【摘要】：随着网络技术、通信技术和计算机等技术的迅猛发展,无线传感器网络技术(Wireless Sensor Network简称WSN)应运而生。目前已经被应用在诸多领域,发挥着人类及其他监测系统所不可替代的作用。WSN的发展受其主要技术的影响,其中,首当其冲的是低功耗技术,文章就低功耗问题开展了相关研究,设计了类似青海省三江源等无人区值守环境下的无线传感器网络节点。在硬件的选取方面,在保证节点正常工作的前提下,从降低功耗的角度出发,做了大量实验仿真和数据对比,最终确定选取无线传输和控制芯片CC2530和8051作为电路的主要元器件。实验结果证明上述两个芯片相对于其他常用芯片,能够实现降低节点功耗。其次在能量管理方面,采用休眠、降低占空比和数据融合等技术来降低传感器网络节点功耗,也提出了一些其他低功耗策略,比如优先级配置。通过无线传感器网络节点的功耗特点分析,利用微弱信号检测技术,设计了无线传感器网络节点功耗测量平台,并对所设计节点的工作、空闲和睡眠三个模式进行功耗测量分析实验。实验结果表明,无线通信模块的功耗最多,并通过对所设计节点的功耗测量试验数据分析,验证了功耗测量平台的有效性和准确性。最后对传感器节点的供电模块进行重点分析和研究,提出混合储能系统并进行了相关实验,验证了该系统的可行性。本文主要针对传感器网络节点的供电模式和低功耗策略进行了实验和研究,得出了低功耗策略和供电模块的设计能够满足类似青海省三江源无人区域环境中的传感器网络节点正常工作的结论,并能使节点寿命得到一定程度的延长,具有一定的研究价值和意义。 【关键词】：无线传感网路 传感器节点 低功耗策略 混合储能 能量管理
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 无线传感器网络的特点和应用9-13
• 1.2.1 WSN的特点9-11
• 1.2.2 WSN的应用11-13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.3.1 国外研究概况13-14
• 1.3.2 国内研究概况14
• 1.3.3 概况小结14
• 1.4 无线传感器网络的关键技术14-17
• 1.4.1 传感器技术15
• 1.4.2 能量管理15-16
• 1.4.3 低功耗技术16-17
• 1.4.4 组网协议17
• 1.4.5 关键技术小结17
• 1.5 传感器网络节点低功率策略研究17-19
• 1.5.1 低功耗硬件实现策略17-18
• 1.5.2 数据通信方面的策略研究18-19
• 1.6 论文的研究意义19-20
• 1.7 本文主要研究内容及结构安排20-21
• 第2章 光伏供电无线传感器节点仿真与设计21-30
• 2.1 系统硬件设计21-24
• 2.1.1 传感器节点模块22-23
• 2.1.2 电源模块23-24
• 2.2 系统软件设计24-25
• 2.2.1 传感器节点软件24-25
• 2.2.2 光伏电源模块软件25
• 2.3 其他措施25-27
• 2.3.1 器材封装材料的选择25-26
• 2.3.2 光伏供电系统配置26
• 2.3.3 节电策略26-27
• 2.4 系统仿真27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 无线传感器网络节点功耗测量和分析30-41
• 3.1 传感器各模块功耗模型概述30-31
• 3.2 传感器网络节点各模块耗能特点31-34
• 3.2.1 电源模块31
• 3.2.2 传感器模块31-32
• 3.2.3 微控制器模块32-33
• 3.2.4 无线通信模块33
• 3.2.5 小结33-34
• 3.3 传感器网络节点功耗模型34-37
• 3.3.1 微处理器的功率模型34-35
• 3.3.2 数据通信单元的能耗模型35-37
• 3.4 针对微弱信号测量技术37-38
• 3.4.1 微弱信号功耗测量技术在传感器节点功耗测量的应用37-38
• 3.5 实验测量结果和分析38-40
• 3.5.1 实验结果38-40
• 3.5.2 实验结果分析40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 太阳能补给的WSN节点设计研究41-52
• 4.1 太阳能光伏电池板特性研究41-50
• 4.1.1 太阳能电池分类41-42
• 4.1.2 太阳能电池板物理等效模型42-44
• 4.1.3 太阳能电池板的输出特性实验44-46
• 4.1.4 WSN储能装置的选取46-50
• 4.2 本章小结50-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52
• 5.2 展望52-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 附录A 控制器部分源程序58-62
• 作者简历62

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