基于壓電發(fā)電的環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點(diǎn)自取能技術(shù)研究.pdf

1、隨著集成電路、微型機(jī)電系統(tǒng)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，以無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為核心的環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于軍事、電力、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域，為智能化管理帶來了巨大便利。無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以電化學(xué)電池供電。電化學(xué)電池體積大、壽命有限、需要定期更換而且一些特殊裝置往往不易更換以及由此帶來的材料浪費(fèi)和環(huán)境污染也不容忽視。因此，尋找一種長期可持續(xù)的綠色能源對環(huán)境信息監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。
　　近幾年，國內(nèi)外專家提出利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周圍的環(huán)境能量

2、作為其能量來源為其供電。環(huán)境能量包括振動(dòng)能、風(fēng)能和太陽能等。利用能量捕獲器將這些能量轉(zhuǎn)化為電能，并通過能量管理電路將捕獲的電能做進(jìn)一步的處理，即可實(shí)現(xiàn)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電的目的。該方案得到了國內(nèi)外科研人員的深入研究并認(rèn)為該方案是可行的。但是在能量捕獲、電源管理、以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上仍存在改進(jìn)的空間。
　　本文分析了國內(nèi)外在環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點(diǎn)自取能技術(shù)的研究現(xiàn)狀，利用振動(dòng)能驅(qū)動(dòng)懸臂梁壓電振子發(fā)電原理，提出一種基于壓電發(fā)電的環(huán)境

3、信息監(jiān)測節(jié)點(diǎn)自取能技術(shù)的研究方案。設(shè)計(jì)了一套由振動(dòng)能驅(qū)動(dòng)壓電振子發(fā)電的綠色電源模塊和配套的低功耗無線環(huán)境信息監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息采集的同時(shí)，克服現(xiàn)有供電裝置缺陷，為監(jiān)測設(shè)備提供綠色電能，保障監(jiān)測設(shè)備可靠運(yùn)行。同時(shí)為自供能環(huán)境信息監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐。
　　論文的研究工作包括以下幾方面：
　?。?）通過對壓電發(fā)電理論知識(shí)的分析，推導(dǎo)出懸臂梁式壓電振子發(fā)電的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)出帶質(zhì)量塊的多層懸臂梁式能量捕獲器。并搭建

4、振動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)表明：能量捕獲器在44.1Hz激振頻率下輸出功率最大，該頻率接近環(huán)境中振動(dòng)頻率，能夠滿足負(fù)載的供能要求。
　　（2）運(yùn)用LTC3588-1能量收集芯片和LTC4071鋰電池充電芯片搭建出一種新型毫微功率以及低電量斷接保護(hù)的能量收集存儲(chǔ)電路。并運(yùn)用LTspice進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了電路的可行性。最后實(shí)驗(yàn)表明：該電路輸出3.3V穩(wěn)定電壓，能夠滿足無線傳感節(jié)點(diǎn)供電要求。
　?。?）運(yùn)用MSP430G2553微控制