微型温差电池的无线传感器节点自供电系统设计
自供电无线传感网络节点设计
搭建 电路 ， 设计量收集效率高， 可满足 占空比为 ｌ 的无线传 感 ％
网络 节 点 工 作 需 求 ， 适应 于各 种 复 杂振 动环 境 。 且 关 键 词 ： 线传 感 网络 节 点 ； 无 自供 电 ； 电振 子 ； 量 收 集 存储 电路 压 能 中图 分 类 号 ：Ｍ６９ Ｔ １ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ２—１４ （ ０ ２ ０ ０ ０ ０ １０ ８ １ ２ １ ）７— １２— ３
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｅｆＰｏ ｒ ｄ Ｗ ｉｅｅ ｓＳ ｎ ｏ ｔ ｒ Ｎｏ ｅ ｓｇ ｆＳ ｌ－ ｗｅ ｅ ｒ ｌｓ ｅ ｓ ｒ Ｎｅｗｏ ｋ ｄ
Ｍ Ｎ ｉｇｃｕ ． Ｈ Ｎ Ｇ ａ ｇｚｕ’ Ｅ ＧＱ ｎ—ｈ ｎｌ Ｃ Ｅ ｕｎ ． ＿ ｈ （ ． ｃｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｌｃｒ ａ Ｅ ｇｎｅｉｇ Ｃ ｉａＵ ｉｅｓ ｙｏ ｎｎ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｘ ｚｏ ２ １ ０ ， ｈｎ ； １ Ｓｈ ｏ ｏ ｈ ｎｃ ｄＥｅｔ ｃｌ ｎ ｉｅｒ ， ｈｎ ｎｖｒｉ ｆ ｉ ｇａ ｄＴ ｃｎ ｌｇ ， ｕ ｈ ｕ ２０ ８ Ｃ ｉａ Ｍｅ ａａ ｉ ｎ ｔ Ｍｉ
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一种低成本的无线微型温测系统设计
一种低成本的无线微型温测系统设计随着WIFI信号的覆盖与普及，测温系统温度数据以无线传输成为可能。
本文设计了一种基于WIFI和嵌入式WEB服务器的低成本远程室温测量系统，通过CGI技术和HTML+JS技术，使得用户通过手机端的任意浏览器都可以实时的查看温度。
经过现场实验测试，表明了该方案的可行性，实用性，经济性。
标签：WIFI;嵌入式WEB;CGI;远程温度监控1 引言传统的室温监测仪已经从水银式物理指示器过渡到现在的电力电子式数字显示，测量温度范围和测量精度也根据不同的需求多种多样。
简单便携的温度测量设备移动方便成本较低，但只能近距离的采集，用户也只能近距离的获取温度数值。
对测温有轻微特殊要求的场合，在满足测量需求的同时，往往需要考虑通信设计、路线布局、上位机显示或LCD液晶屏显示的问题[1]。
本系统从硬件设计上非常简单，仅仅需要一个温度传感器和一个能提供WEB服务器和WIFI通信的单片机就可以实现[2]，在软件编程方面较传统设计复杂，包括WEB服务器的设计、无线通信的配置等。
最终用户可以通过移动手机要任意一种浏览器通过访问指定的IP地址，就可以随时随地的获取温度值。
本系统的成本低廉，主要体现在以下三个方面：第一，涉及到的单个模块成本低廉，且所需的模块数量较少。
第二，不需要LCD液晶显示模块或者其他上位机显示装置。
第三，后续使用维护零成本，仅需要5V的电源就可以满足需求，同时功耗也低。
2 总体设计本系统包括感应终端、服务器终端、用户终端三部分。
其中感应终端就是温度传感器，本设计采用简单通用的DS18B20，仅需一根线就可以实现与MCU的双向通信，测温范围为-55～125℃。
服务器终端设计采用ESP8266作为中央控制芯片，该芯片是32位的低功耗微型MCU，内置高速的缓存器，支持STA工作模式。
ESP8266既要对DS18B20进行配置，获取有效的温度数值，又要完成与WIFI信号的可靠连接，还要完成本地嵌入式WEB服务器的初始配置等工作。
小型温差电池的无线传感器节点自供电系统设计-技术方案
小型温差电池的无线传感器节点自供电系统设计-技术方案在面临能源紧缺、气候变暖等严重问题的情况下，人类为了生存和发展转而去寻找和利用清洁能源技术。
清洁能源包括太阳能、风能、热能、振动能、海洋能，以及其他能量如人体动能、生化能等能量。
随着科技的发展，无线传感器网络技术已经渗透到人类生产和生活的方方面面。
无线通信网已经逐步发展到能为任何人和物件之间随时、随地通信的物联网，网络的规模极速扩大，但与此同时物联网的总体的稳定性和可持续发展问题也越来越突出。
与此同时，为了满足人类生活的需要，越来越多的传感器需要被安放在人迹罕至或者环境恶劣的地区，这些地区恶劣的环境决定了人们无法使用化学电池为无线传感器节点供电，因为在这些地区更换化学电池往往是一件不太可能的事情。
正因为这些原因，本文才想到采用可再生能源（动态能源）为无线通信节点供能来解决这些问题。
本文提出了一套微型温差发电器供给无线传感器网络的系统。
该系统以微型温差发电器作为能量源，以德州仪器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作为DC-DC升压变换器实现了可以从低至80mV的能量源采集能量，并利用外围电路实现对能量源的功率点跟踪控制，并结合能量缓冲器在必要时存储能量，然后通过MIC841N双电压比较器和TPS78001超低压差线性稳压器，实现了微型温差能量的有效采集和利用。
该系统通过高效的能量收集和有效的能量管理实现了无线传感器网络的功能，成为了真正的能量自供给无线传感器系统，同时也顺应了现在我国通信行业绿色无线电的发展要求。
1.基于微型温差发电器的无线传感器网络节点架构模型为了满足微型温差发电器供给的无线传感器网络系统的要求，本文设计了如下的无线传感器节点发射端的系统架构，如下图1所示。
由图1可知，微型温差发电器供电的无线传感器网络节点的发射端结构由温差电能收集器、具有MPPT功能的升压电路、能量缓冲器和系统负载（无线传感器节点）组成。
温差电能收集器是由热电转换芯片组成的，可以根据实际的应用场所的大小和所需电能的多少决定热电转换芯片表面积大小和叠加的层数，用以满足不同的应用环境。
基于温差发电的传感器自供电系统设计
ＩＳＳＮ１００６－７１６７ＣＮ３１－１７０７／ＴＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＩＮＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ第３９卷第１１期 Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１１２０２０年１１月Ｎｏｖ．２０２０ 基于温差发电的传感器自供电系统设计吴志东１，２， 张宏斌１， 冯宇琛１， 蔡有杰１， 包 丽１（１．齐齐哈尔大学机电工程学院，黑龙江齐齐哈尔１６１００６；２．东北农业大学电气与信息学院，哈尔滨１５００３０）摘 要：设计了一种基于温差发电的传感器自供电系统，可收集通风管道内、外温差能量，为传感器监测系统供电。
对温差发电片输出能量进行实验测试，可知单组温差发电片在温差为１６℃时输出功率９．４２ｍＷ。
采用３组温差发电片串联，可满足ＤＨＴ１１传感器模块２２．７ｍＷ用电需求。
为实现升压转换以满足系统电压需求，设计基于ＬＴＣ３１０８芯片能量管理电路，并利用ＬＴｓｐｉｃｅ软件进行仿真，结果表明：能量管理电路可稳定输出３．３Ｖ电压。
对自供电系统进行现场测试，当通风管道内、外温差为１６℃，自供电系统输出总功率为２８．１６ｍＷ。
传感器模块可正常工作。
系统采用模块化设计，可通过增加温差片提升供电能力，且输出稳定，广泛适用于各种温差环境中。
关键词：温差发电；功率分析；能量管理电路；自供电系统中图分类号：ＴＰ２１２．９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－７１６７（２０２０）１１－００６７－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＳｅｎｓｏｒＳｅｌｆ ｐｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＷＵＺｈｉｄｏｎｇ１，２， ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｂｉｎ１， ＦＥＮＧＹｕｃｈｅｎ１， ＣＡＩＹｏｕｊｉｅ１， ＢＡＯＬｉ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｑｉｈａｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｑｉｈａｒ１６１００６，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｅｎｓｏｒｓｅｌｆ ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｔｃａｎｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｅｎｅｒｇｙｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｔｈｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｄｕｃｔ，ａｎｄｓｕｐｐｌｙｐｏｗｅｒｔｏｔｈｅｓｅｎｓｏｒｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｓｔ，ｉｔｃａｎｂｅｋｎｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆａｓｉｎｇｌｅｓｅｔｏｆｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｅｌｌｉｓ９．４２ｍＷｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｓ１６℃．Ｉｔｃａｎｍｅｅｔｔｈｅ２２．７ｍＷｐｏｗｅｒｄｅｍａｎｄｏｆＤＨＴ１１ｓｅｎｓｏｒｍｏｄｕｌｅｂｙｕｓｉｎｇｔｈｒｅｅｓｅｒｉｅｓｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｅｌｌｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｍｅｅｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｖｏｌｔａｇｅｄｅｍａｎｄ，ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄｏｎＬＴＣ３１０８ｃｈｉｐｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙＬＴｓｐｉｃｅｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｏｆ３．３Ｖｓｔａｂｌｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｅｌｄｔｅｓｔｏｆｔｈｅｓｅｌｆ ｐｏｗｅｒｅｄｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｅｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｏｆｔｈｅｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｄｕｃｔｉｓ１６℃，ｔｈｅｔｏｔａｌｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｓｅｌｆ ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｉｓ２８．１６ｍＷ，ａｎｄｔｈｅｓｅｎｓｏｒｍｏｄｕｌｅｃａｎｗｏｒｋｎｏｒｍａｌｌｙ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｍｏｄｕｌｅｓ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｃａｐａｃｉｔｙｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｅｌｌｓ，ａｎｄｔｈｅｏｕｔｐｕｔｉｓｓｔａｂｌｅ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｂｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｏｗｅｒａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｅｌｆ ｐｏｗｅｒｅｄｓｙｓｔｅｍ收稿日期：２０２０ ０３ １０基金项目：黑龙江省教育厅省属高等学校基本科研业务费科研项目（１３５４０９３０８；１３５４０９１０２）；黑龙江省教育厅科学规划项目（ＧＪＢ１３２０３８８）；大学生创新创业训练计划项目（２０２０１０２３２１９６）作者简介：吴志东（１９８５－），男，黑龙江克山人，博士，讲师，现主要从事农业微环境调控和农业机械自动化的研究。
自供电无线传感网络节点设计
2012年第7期仪表技术与传感器InstrumentTechniqueandSensor 2012No.7基金项目：机械制造系统工程国家重点实验室开放课题研究基金（sklms2011008）收稿日期：2011－10－20收修改稿日期：2012－04－11自供电无线传感网络节点设计孟庆春1，3，陈光柱2，3（1．中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221008；2．成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川成都610059；3．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，陕西西安710049）摘要：针对无线节点续航难题，提出一种自供电无线传感网络节点设计方案。
该方案采用双晶悬臂梁式压电振子自发电结构，针对传统以电容为存储介质的能量收集电路的缺陷，采用新型压电能量收集存储芯片LTC3588－1及LTC4071搭建电路，设计无线节点模块并进行试验分析。
试验结果表明：该方案能量收集效率高，可满足占空比为1%的无线传感网络节点工作需求，且适应于各种复杂振动环境。
关键词：无线传感网络节点；自供电；压电振子；能量收集存储电路中图分类号：TM619文献标识码：A文章编号：1002－1841（2012）07－0102－03Design of Self-Powered Wireless Sensor Network NodeMENG Qing-chun 1，3，CHEN Guang-zhu 2，3（1．School of Mechanical and Electrical Engineering ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou 221008，China ；2．College of Nuclear Technology and Automation Engineering ，Chengdu University of Technology ，Chengdu 610059，China ；3．State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering ，Xi ’an Jiaotong University ，Xi ’an 710049，China ）Abstract ：A design scheme of self-powered wireless sensor network node was proposed according to its lack of endurance．The self-powered structure was double crystal cantilever piezoelectric vibrator．Traditional energy harvesting circuit used capacitances as the storage medium．According to this defect ，new piezoelectric energy harvesting chips LTC3588-1and LTC4071were used to build the circuit．The wireless sensor network node was designed and tested．The experimental results show that the energy harvesting effi-ciency of this scheme is high．The system can meet the work demand of wireless sensor network node whose duty cycle is 1%．And it can adjust to all kinds of complex vibration environment．Key words ：wireless sensor network node ；self-powered ；piezoelectric vibrator ；energy harvesting circuit 0引言传感网络技术作为一种新兴的监测技术，在生产生活中具有广泛的应用。
农用无线传感器节点基于混合能量收集和利用的自供电系统设计
物联网技术 2022年 / 第3期340 引 言中国作为农业大国，高效的农田广域空间信息采集、高可靠度数据稳定传输、面向不同应用的智慧决策及管理等，是实现农业生产标准化、规模化、精细化及智慧化的重要途径[1]。
随着物联网技术的快速发展，通过安装无线传感器实现信息的监测和实时传输的方式已广泛地运用到了农业领 域[2]。
但是由于农业环境下无线传感器节点存在单节点耗能低、规模大、持续时间长、电缆敷设困难等问题，对电池供电系统方案设计提出更高的要求。
合理分配和利用农田周围环境的各种自然微能量，进行高效收集并存储，使得无线传感器网络节点具有可持续的自主供电能力，是解决农业生产环境下信息获取的重要途径。
1 系统结构与原理本研究所设计的一体化混合微能量收集系统结构如图1所示。
该系统主要包括电能转换单元、混合能量管理电路以及无线传感器网络部分。
其中电能转换单元包括：能量采集装置和能量转换模块。
能量转换装置负责根据农业环境下太阳能、土壤温差能和风能三种能量特性进行相应选择，实现电能高效转换；能量转换模块包含DC/DC 升压模块和整流电路以及用于实现能量源的最大功率点跟踪的MPPT 电路，该模块的功能是将收集的环境微能量转换为电能。
混合能量管理电路包括：能量管理模块和储能装置。
能量管理模块由稳压电路、比较电路和开关切换电路组成，主要作用是控制主/副电源线路的接通/断开和解决阻抗匹配问题；储能装置是超级电容和锂电池混合储能系统[3]。
基于田间环境的微能量特征，整个供电装置将太阳能光伏发电作为主能源向传感器节点供电并向锂电池充电，温差发电与风能发电为辅助电源向超级电容充电。
保证整个系统在传感器节点正常工作的同时，高效地将能量进行存储利用，以提高供电可靠性并延长节点寿命。
图1 一体化混合微能量收集系统结构2 能量采集装置设计2.1 太阳能电池组设计在农田环境中，光伏太阳能在三种微能量中能级最大，输出电压与功率较大，可作为主供电线路为无线传感器节点供电。
低功耗无线传感器网络节点设计与实现
低功耗无线传感器网络节点设计与实现低功耗无线传感器网络节点（Low-power Wireless Sensor Network Node）是指一种能够通过最小化能量消耗来延长电池寿命的无线传感器网络节点。
这种节点设计可以使传感器网络在能源有限的情况下实现长时间的稳定运行，为物联网中各种应用提供可靠的数据采集和传输功能。
本文将阐述低功耗无线传感器网络节点的设计与实现，并讨论其在现实应用中的优势和挑战。
首先，低功耗无线传感器网络节点的设计必须考虑能量消耗的最小化。
常见的能量消耗主要包括射频通信、数据处理和传感器采集三个方面。
在射频通信方面，可以采用低功率的射频模块，并通过优化协议设计减少通信的次数和开销。
在数据处理方面，可以使用低功耗的处理器，并通过降低算法复杂度或者使用专门的节能算法来减少能量消耗。
在传感器采集方面，可以采用节能的传感器或者采样策略，并通过数据压缩算法来减少传输的数据量。
其次，低功耗无线传感器网络节点的设计应该考虑节点的自动管理和优化。
由于无线传感器网络往往分布在大面积的区域内，传感器节点的数量庞大，人工维护成本较高。
因此，节点的自动管理和优化对于降低系统维护成本至关重要。
在设计中，可以引入自适应休眠和唤醒策略，根据网络负载和能量情况来动态调整节点的工作状态。
另外，可以使用多种优化技术来降低能量消耗，如功率控制、拓扑管理和路由优化。
最后，低功耗无线传感器网络节点的实现需要综合考虑硬件和软件的要求。
在硬件方面，需要选用低功耗的处理器和射频模块，并考虑节点的供电和能量存储方式。
在软件方面，需要设计高效的通信协议、节能算法和数据处理算法。
同时，还需要兼顾节点的可靠性和安全性，确保节点能够持续地工作并保护传输的数据不受损失或被攻击。
综上所述，低功耗无线传感器网络节点的设计与实现是一个复杂且具有挑战性的任务。
它需要综合考虑能量消耗的最小化、节点的自动管理和优化以及硬件和软件的要求。
通过合理的设计和实现，低功耗无线传感器网络节点可以在能源有限的环境下实现长时间的稳定运行，为物联网中的各种应用提供可靠的数据采集和传输功能。
无线传感器的供电方案
无线传感器的供电方案摘要：在对无线传感器供电设计上，实现了其自然能量供电，探索了高效安全的充电控制方法。
实验证明，这种以自然能量供电的无线传感器功耗较小，调整性能较好，生存周期较长，能适用于多种户外环境、森林防火以及精细农业等行业领域。
这种无线传感器的供电设计为类似无线传感器自然能量的供电设计提供了可供参考的设计经验。
关键词：无线传感器；自然能量；供电设计前言无线传感器网络用于工业现场的状态信息采集时，应用对象和应用环境均发生变化。
工业生产过程，除需对温度、压力等慢变量进行采集外还需对机械振动等快变量进行变送。
由于在线监测时无线传感器网络节点连续工作时间长，耗电量较大，需要采用在线供电。
工业环境存在大量电动设备和工具，尽管进行了相应保护，仍然对电网存在一定污染，呈现为浪涌电压和高次脉冲群等干扰。
相对于线性电源，开关电源不仅效率高、体积小，而且调压范围广，抗干扰能力强，是工业环境理想的电源。
然而，开关电源的工作原理决定了输出电压存在因功率器件开关动作引起的电源开关噪声，对后级电路将产生一定影响，尤其对噪声敏感的模拟量采集与无线通信模块影响显著。
对低频电源噪声对微波振荡器的输出之间的关系进行了研究，而开关噪声频谱极宽，相对低频噪声来说，对通信模块的影响更加严重。
目前，无线传感器网络所使用的通信芯片均针对电池供电进行设计，当电源出现一定噪声时，性能下降较多，研究噪声对无线传感器网络节点的影响，并提出一种合理的电源方案，对工业现场快信号的采集具有重要意义。
1.可充电传感器节点的供电设计无线传感器若是仅仅使用蓄电池将受到充电次数的限制，使用超大电容的蓄电池可缓解充电次数受到限制的问题。
根据自然能量向电能的转化技术，我们先进行了干电池以及充电电池的放电对比实验。
分别以，1500mAh干电池和1700 mAh充电电池对比两种电池都为相同的传感器节点供电，传感器节点以1 min为周期，用1%的占空比让LFD灯工作，测试周期为3min。
微型传感器能量自捕获电源系统研究
微型传感器能量自捕获电源系统研究作者：辛光泽张宁强侯宏录张泽茜张宇严博来源：《科技视界》 2013年第33期辛光泽张宁强侯宏录张泽茜张宇严博（西安工业大学光电工程学院，陕西西安 710021）【摘要】本文针对低功耗无线传感器网络中传感器节点采用电池供电而导致整个传感器网络生存周期短的问题，提出了一种高频信号能量自捕获电源的设计方案。
分析了环境中电磁能稳定存在的特点，研究了偶极子天线将电磁能转化为电能的响应特性，进行915MHz电磁段偶极子天线结构及制造工艺的研究与设计，并以偶极子天线为核心设计了高频信号能量自捕获电源。
实验结果表明能量自捕获电源在自然环境中有效的收集能量，在电磁环境下立即响应，使用1F电容完全蓄电可使传感器全负荷连续发送数据12次，满足无线传感器网络中传感器节点供电的要求。
【关键词】无线传感器节点；偶极子天线；射频能量自捕获Research on Power System Self-trapping Energy Micro SensorXIN Guang-ze ZHANG Ning-qiang HOU Hong-lu ZHANG Ze-qian ZHANG Yu YAN Bo(Xi’an Technological University,Xi’an Shaanxi 710021，China)【Abstract】A power source system is designed for capturing and storaging electromagnetic energy of 915MHz，which can provide the passive low-power sensor nodes continuous power while eliminating the hassle of replacing batteries.【Key words】Wireless-sensor-nodes；Dipole antenna；RF-energy-capture0 引言无线传感器网络由大量静止传感器构成，以自组织的方式协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖区域被感知对象的信息。
低功耗无线传感器节点的设计与实现
低功耗无线传感器节点的设计与实现一、引言低功耗无线传感器节点是目前物联网发展中最基本，也是最重要的一个方面。
它不仅可以实现数据的实时监测，还可以将大量的数据经由感知设备收集回来进行分析处理，为企业提供决策依据。
虽然现在已经有不少的无线传感器采用了NFC技术或其他无线信号传输技术，但是低功耗的无线传感器节点在效能和使用寿命方面都有很明显的优势。
二、无线传感器节点的硬件设计1. 电源设计由于低功耗无线传感器节点工作时大部分时间处于睡眠状态，因此电池寿命必须有很长时间的保障。
因此，在电源方面我建议采用太阳能或其他可再生电源作为主要供电来源。
当电量不足时，可以适当地增加电池供电，不影响节点的正常工作。
通常我们采用微控制器和协处理器来实现节点的控制和数据处理，在电源中加入自动休眠模式，这样当节点不用时，它会自动进入睡眠状态，降低能耗。
2. 信号设计在信号方面采用无线传输技术，如WiFi、Bluetooth、Zigbee等。
由于无线传感器节点需要长时间处于工作状态，因此为了保证其实时性，信号传输速度要快。
三、无线传感器节点的软件设计1. 软件框架设计在软件设计中，我们主要采用C语言和汇编语言来控制微处理器交互。
在设计中需注意保障传输速度和节点的实时性。
我们以Zigbee技术为例，设计三层框架：应用层、网络层和基础层。
应用层负责对上层提供接口，如数据采集、存储和传输；网络层负责连接传感器节点网络，实现传输协议，如寻址、路由和拓扑结构自动组网；基础层负责物理层和MAC层的实现，采用自适应扩频技术和自适应功能，提高稳定性和安全性。
2. 节点架构设计节点架构的设计中，我们需要考虑以下因素：节点任务、节点组织结构、节点时间和节点功耗管理。
节点的任务包括数据采集、传输、处理和存储，节点组织结构应设计为低功耗的循环结构或分层结构，节点时间应根据数据采集周期计算，节点功耗管理应采用能源自适应技术，实现功耗调度和节能管理。
四、无线传感器节点的性能测试在测试方面，我们需要对节点的功耗、传输速度、实时性和稳定性进行测试。
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微型温差电池的无线传感器节点自供电系统设计
在全球面临能源紧缺、气候变暖等严重问题的情况下，人类为了生存和发展转而去寻找和利用清洁能源技术。
清洁能源包括太阳能、风能、热能、振动能、海洋能，以及其他能量如人体动能、生化能等能量。
随着科技的发展，无线传感器网络技术已经渗透到人类生产和生活的方方面面。
无线通信网已经逐步发展到能为任何人和物件之间随时、随地通信的物联网，网络的规模极速扩大，但与此同时物联网的总体的稳定性和可持续发展问题也越来越突出。
与此同时，为了满足人类生活的需要，越来越多的传感器需要被安放在人迹罕至或者环境恶劣的地区，这些地区恶劣的环境决定了人们无法使用化学电池为无线传感器节点供电，因为在这些地区更换化学电池往往是一件不太可能的事情。
正因为这些原因，本文才想到采用可再生能源（动态能源）为无线通信节点供能来解决这些问题。
本文提出了一套微型温差发电器供给无线传感器网络的系统。
该系统以微型温差发电器作为能量源，以德州仪器公司的超低功耗能量管理芯片BQ25504作为DC-DC升压变换器实现了可以从低至80mV的能量源采集能量，并利用外围电路实现对能量源的最大功率点跟踪控制，并结合能量缓冲器在必要时存储能量，然后通过MIC841N双电压比较器和TPS78001超低压差线性稳压器，实现了微型温差能量的有效采集和利用。
该系统通过高效的能量收集和有效的能量管理实现了无线传感器网络的功能，成为了真正的能量自供给无线传感器系统，同时也顺应了现在我国通信行业绿色无线电的发展要求。
1.基于微型温差发电器的无线传感器网络节点架构模型为了满足微型温差发电器供给的无线传感器网络系统的要求，本文设计了如下的无线传感器节点发射端的系统架构，如下图1所示。
由图1可知，微型温差发电器供电的无线传感器网络节点的发射端结构由温差电能收集器、具有MPPT功能的升压电路、能量缓冲器和系统负载（无线传感器节点）组成。
温差电能收集器是由热电转换芯片组成的，可以根据实际的应用场所的大小和所需电能的多少决定。