可充电无线传感网关键技术研究及应用
无线能量传输技术
195技术应用·无线能量传输技术黄霞丽（湖北工业大学 电气与电子工程学院，湖北 武汉 430074）摘 要：无线能量传输技术是随着对无接触供电的需求不断增加而逐渐发展起来的新技术。
该技术不依赖于有线的传输媒介，对于有线供电部署困难的场景尤其是人体内部医用装置的供电具有重要的意义。
本文重点介绍无线能量传输技术的发展及当前主要的研究热点和研究方向。
同时针对无线能量传输技术存在的问题和应用前景进行了介绍。
关键词：无线能量传输；无线供电；电磁耦合1 无线能量传输技术的发展无线能量传输技术是指通过非接触的方式传输的能量的一种技术。
自1831年法拉第发现电磁感应现象以来，电能主要是靠导线来传输，电气设备主要通过插头和插座等电连接器的接触来获得电能，这种传输方式会产生摩擦、磨损和裸露导体等现象，很容易产生接触火花，从而影响供电的安全性和稳定性[1-4]。
1888年，赫兹通过实验证明了电磁波可以在自由空间产生，并能在接收端被检测到，这是最早的无线能量传输实验。
到十九世纪末，物理学家尼古拉正式提出无线能量传输的构想[5-6]。
由于早期无线能量传输的效率很低且没有市场需求，因此人们对这一研究缺乏热情。
直到二十世纪六十年代，随着医学的发展，对人工心脏等心脏辅助装置的无线供电的需求促使人们开始研究无线供电技术在医学上的应用。
随后，到了九十年代，人们对这一技术研究的兴趣越来越浓厚，并开始对其进行深入的研究，从而满足各行各业对无线供电技术的需求。
2 国内外研究现状新西兰奥克兰大学电子与电气学研究中心的Boys教授领导的研究团队从上世纪90年代开始对无线能量传输技术进行了系统的研究，并在有轨车辆、电动汽车等领域取得了突破性成果。
美国通用汽车公司提出了在电动汽车上应用无线充电技术的设想，于1996年12月首次推出了利用无线能量传输技术充电的电动车概念车EV1.其子公司Delco Electronics研制的Magne-charge是最先商业化的电动汽车非接触电能传输系统之一，专门用于EV1型电动汽车充电。
传感器技术 PPT课件
具有灵活性和扩展性
•节点的硬件设计需满足一定的标准接口，例如节点和传感板的接口统 一有利于给节点安装上不同功能的传感器
•软件的设计必须是可剪裁的，能够根据不同应用的需求，安装不同功能
的软件模块
大规模长时间部署传感器的设计需求
鲁棒性
•鲁棒性是实现传感器网络长时间部署的重要保障
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
号和通过数字信号，选择是否需要外部模数转 换器和额外的校准技术。
常用传感器及其关键特性
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
3.5 硬件平台
微处理器
微处理器是无线传感节点中负责计算的核心 ，目前 的微处理器芯片同时也集成了内存、闪存、模数转
低功耗
•在硬件设计上采用低功耗芯片
例如TelosB节点使用的微处理器，在正常工作状态下功率为3mW，而一
般的计算机的功率为200到300W
•软件节能策略来实现节能
软件节能策略的核心就是尽量使节点在不需要工作的时候进入低
功耗模式，仅在需要工作的时候进入正常状态
大规模长时间部署传感器的设计需求
灵活性与扩展性
•通信芯片的传输距离是选择传感节点的重要指标。
设计需求回顾
•低成本与微型化 •低功耗 •灵活性与扩展性 •鲁棒性
发射功率越大，接受灵敏度越高，信号传输距离越远。
•常用通信芯片： •CC1000：可工作在433MHz，868MHz和915MHz；
无线传感器组成
•传感器 •微处理器 •无线通信芯片 •电池
无线传感网之能量篇
ＴＨＥ ＥＮＥＲＧＹ Ｗ Ⅱ ＬＥＳ Ｅ ＯＲ ＯＦ Ａ Ｓ Ｓ ＮＳ ＮＥＴＷ ＯＲＫ
Ｗａ ｇＪｅ ｉｇ Ｇ ｈ ｏ Ｑａ ｉ ｎ ｕ ｍ ｎ ｕＣ ａ ｉ Ｌ ｎ
（ｈ ｎ ｈ ｉｎｔｕｅｆＣ ｍ ｕｉ ｅ ｎｌｇ ，ｈｎ ｈｉ ００ ０ Ｃ ｉａ Ｓ ａ ｇ ａ ｓｔｔｏ ｏ ｐｔ ｇ Ｔｃ ｏｏｙＳ ａ ｇ ａ ２ ０４ ， ｈｎ ） Ｉ ｉ ｎ ｈ
维普资讯
第 ２ 卷第 １ ４ 期 ２０ ０ ７年 １月
计算机应用与软件
Ｃ ｍｐ ｔｒＡｐ ｌ ａｉｎ ｎ ｏ ｗａｅ ｏ ｕｅ ｐｉ ｔ ｓａ ｄ Ｓ ｆ ｒ ｃ ｏ ｔ
Ｖｏ． ４， ． １ ２ Ｎｏ １
Ｊｎ ２ ｏ ａ ．０ ７
无线传 感 网之能量篇
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ
Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｄｓｕ ｓｄ ｔｅｅ ｅｇ ｆａｗｒｌｓ ｅ ｓｒｎ ｔ ｒ ｆｏ ｔｅｅ ｅｇ ｅｔ ｇ ｅ ｅｇ ａ ｉｇ ｔ ｎ ｒ ｕ ｅｖｓ ｇ ｅ ｅ－ ｈｓ ａ ｅ ｉ ｓｅ ｈ ｎ ｒｙｏ ｉ ｅｓｓｎ ｏ ｅｗｏｋ，ｒｍ ｈ ｎ ｒｙｇ ｔｎ ，ｎ ｒｙｓｖｎ ，ｏｅ ｅｇ ｓ ｐ ｒｉｉ ，ｎ ｒ ｃ ｅ ｉ ｙ ｎ
亚硫酸氯电池给节点供电是最适合的两种电源供给方案。
收稿 日期： ０ ０ —１。王珏 明， ２ ６— ６ ４ ０ 高级工程 师 ， 主研领 域 ： 计算 机
软件开发 ， 嵌入式 系统研究 。
维普资讯
王珏明 顾 超 钱 莉
（ 上海市计算技术研 究所 上海 ２０４ ） ０００
摘
要
讨论 了无线传感器 网络 中的能量 问题 ， 从硬 件 的能量获取 ， 到软 件 的能量 管理 ， 方方面 面， 凡是 涉及 到与能量 有关 的地
ZigBee无线传感网络在客车安全监测系统中的应用
网络技术的客车安全监测系统能够满足上述要 求， 可以及时、 准确地将客车上各个部件 （ 如列车 管、 制动缸 、 向架 、 、 转 车体 电气设备等等 ） 信息传 输到控制中心 ， 确保客车安全运行。 ＴＰ Ｓ Ｃ Ｄ 原理是利用安装在客车上各个部件 的测试设备系统在线检测其工作状态，检测设备 数据处理。 通过采集、 分析部件的原始信号得到部件的特征 无线通信模块是系统的核心部分，负责数据 量， 通过车厢级无线通讯网络将特征量传输到车 的接收与发送， 本设计采用 Ｃ ２ ３ Ｃ ４ ０￣ ； Ｃ ４ ０ Ｃ ２３ 厢级系统；车厢级系统根据特征量来判断部件的 芯片上整合了 ｚｇ ｅ 射频前端 、 存和微控制器。 ｉ ｅ Ｂ 内 工作状态， 在进行状态报警的同时将这些状态结 它使用 １ ８ ８ ５ Ｍ Ｕ 个 位 ０ １ Ｃ ，具有 １８ Ｂ可编程 ２Ｋ
工 ＩＨｍ 儿 目 小 刖 ¨ ／＼０
置。车厢级系统由各个检测设备组成， 主要包括： 转向架检测设备 、 制动检测设备 、 电源检测设备、 舒适度和平稳性检测设备 、 绝缘检测设备等。 这些 检测设备对部件进行实时采集、 分析， 将其状态特 征提取出来 ， 通过无线网络传到车厢级系统中。 而 车厢级系统根据各个检测设备的特征量进行基本 的判断， 得到各个部件的状态结果， 同时通过客车 级无线通讯 网络将这些信 息 传输到客车级控制中 心进行处理。 ２ｚｇ ｅ 技术及其特 ｉ ｅ Ｂ ｚｇ ｅ 技 术是基 于 ＩＥ ８ ２ ５ 术标准 ｉ ｅ Ｂ Ｅ Ｅ ０． Ａ技 １ 和 ｚｇ ｅ ｉＳ ｅ网络协议而设计的无线传感网络 ， 它是 中短距离、 低速率无线传感器网络， 射频传输成本 低， 各节点只需要很少的能量 ， 功耗小 ， 于电池 适 长期供电， 可实现一点对多点或两点间对等通信 、 快速组网 自 动配置，任意传感器之间可相互协调 实现数据通信 ， 主要用于中 短距离无线系统连接。 ｚ ｅ ｉ 技术的特点是 ： 邸ｅ 低速率 ， 低功耗， 低成 本， 延时短 ， 免许可无线通信频段， 多种组网方式 ， 近距离通信 ， 可靠数据传输 ， 大容量网络， 配置 自 及三级安全模式。 ３无线传感器网络节点的硬件设计 ＴＰ Ｓ Ｃ Ｄ 各个部件的检测设备主要 由传感器 、 ＡＤ转换芯片、微控制器 、Ｃ ４ ０ ／ Ｃ ２ ３ 无线通讯芯片 以及一些外围电路组成。无线通讯网络是 Ｔ Ｐ Ｓ Ｃ Ｄ 的传输 生命线 ，其状 态 的好坏将 直接 影 响到 ＴＰ Ｓ Ｃ Ｄ 的性能和稳定 眭，因此无线检测设备的 设 计非常重要。 我们设计的节点实现机理是将采集到的信 息 数据以无线方式发送出去。无线传感器网络节点 包括传感器模块 、 无线通信模块、 电源供应模块和 阻抗匹配网络。系统节点的结构框图如图 １ 所示。 传感器模块负责设备状态量的采集 ， 通过滤 波放大电路可以直搦 羞＾Ｃ ２ ３ Ｃ ４ ０的 Ａ ）口进行 ｔ ｆ
无线传感网络
无线传感网络无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络。
是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。
WSN中的传感器节点通过无线方式通信，网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。
且在科技水平大幅度提高的基础上传感器节点的成本和能耗也逐渐降低，使得WSN在很多领域得到应用。
最早现代意义上的传感器是1879年德国科学家霍尔在研究金属的导电机制时制作的磁场传感器。
经过100多年的发展，传感器的功能不再单一，可以采集温度、湿度、位置、光强、压力、生化等标量数据。
1996年，美国军方资助加州大学洛杉矶分校（UCLA）等单位开展低功耗无线传感器网络（Low-power Wireless Integrated Microsensors，LWIM）的研究。
LWIM III型无线传感器节点将传感器、控制电路与电源电路集成为一体。
两年之后，UCLA与Rockwell合作，开发了Rockwell WINS（Wireless Integrated Network Sensor）无线传感器节点。
该节点使用32位微处理器Strong ARM、1MB的内存与4MB的闪存，数据传输速率是100kbps，工作时的功耗为200mw，睡眠时的功耗是0.8mw。
与此同时，加州大学伯克利分校（UCB）也开展了“Smart Dust”（智能尘埃）项目的研究。
“智能尘埃”意指传感器节点的体积非常小，如尘埃一般。
该项目研究的目标是通过MEMS技术，实现传感、计算与通信能力的集成，用智能传感器技术增强微型机器人的环境感知与智慧处理能力。
其研究任务是开发一系列低功耗、自组织、可重构的无线传感器节点。
1998年研制的WeC智能传感器节点使用的是8位、主频为4MHz的AT90LS8535微处理器芯片，内存是512B，闪存为8kB，数据传输速率为10kbps，工作时的功耗为15mw，睡眠时的功耗是45μw。
基于无线传感网络的矿山机电设备安全状态监控系统研究
世界有色金属 2023年 5月上16C omputer automation计算机自动化基于无线传感网络的矿山机电设备安全状态监控系统研究宋欣桦（山西工程职业学院，山西 太原 ０３００００）摘 要：自新中国成立以来，我国的经济水平一直在稳步提升。
而要实现社会经济水平的提升，必须有资源作为支撑。
作为我国社会经济发展中不可或缺的资源，矿山工作的安全问题需要引起高度关注，以更好地提供我们发展所需的矿产资源。
在矿山生产和管理过程中，安全问题关系到生产作业人员的生命安全。
随着对矿山安全监控系统的深入研究，安全管理工作也在不断创新和发展。
为了更好地监控矿山中机电设备的安全状态，矿山机电企业开始探索基于无线传感网络的矿山机电设备安全状态监控系统。
这一创新大大提升了矿山安全监控工作的质量和效果，加快了数据的传输速度，推动了我国矿产行业的安全稳定发展。
关键词：无线传感网络；矿山；机电设备；安全状态监控中图分类号：ＴＰ２１２．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０９－００１６－３Research on the Safety Status Monitoring System of Mining Mechanical andElectrical Equipment Based on Wireless Sensor NetworkSONG Xin-hua（Ｓｈａｎｘｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｅｏｐｌｅ＇ｓ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｃｈｉｎａ＇ｓ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｅｖｅｌ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｏｎ ｔｈｅ ｒｉｓｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｃｉａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｌｅｖｅｌ ｍｕｓｔ ｂｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ． Ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ａｒｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ Ｃｈｉｎａ＇ｓ ｓｏｃｉａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｗｅ ｎｅｅｄ ｔｏ ｐａｙ ｃｌｏｓｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｂｅｔｔｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｗｅ ｎｅｅｄ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｉｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ｓａｆｅｔｙ ｉｓｓｕｅｓ ａｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｌｉｆｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｅｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ｓａｆｅｔｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｗｏｒｋ ｉｓ ａｌｓｏ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｉｎｎｏｖａｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｂｅｔｔｅｒ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｅ， ｍｉｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ ｈａｖｅ ｌａｕｎｃｈｅｄ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋｓ， Ｉｔ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｗｏｒｋ， ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｅｄ， ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｅｓ ｔｈｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Keywords: ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ； Ｍｉｎｅｓ； Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ； Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｓｔａｔｕｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ收稿日期：２０２３－０３基金项目：山西工程职业学院２０２１年院级课题“基于物联网技术的矿井安全监控系统的研究”（ＫＹ２０２１－１９）。
计算机科学与技术毕业设计题目
计算机科学与技术毕业设计题目基于大数据的农产品质量安全溯源系统设计基于机器视觉的H公司MES系统设计与应用研究基于RFID的工具管理系统设计基于FPGA的制冷型红外成像系统电路设计与实现数字乡村三维虚拟地理信息系统设计与实现基于射频识别的刀具信息采集与管理系统设计面向云系统性能优化的学习增强设计研究基于Niagara的HRT-120型工业机器人物联网监控系统研发基于STM32的密闭空间PM2.5检测和控制系统设计基于UBC大数据对PVC涂胶膜检测技术研究智慧城市大数据可视化云平台的设计与实现物联网环境下电梯节点状态信息的图像采集与识别系统设计物联网环境下基于安全防控的智能锁系统的设计煤矿井下高压防越级保护系统设计与实现基于嵌入式的湖羊产前行为特征分析及其监测系统研发工程文档管理信息系统设计与实现——以S建筑公司为例全自动智能洗车机控制系统设计与研究基于区域似大地水准面格网模型的高程异常插值系统开发研究建筑配电动态无功补偿装置设计基于迁移学习的草莓果实白粉病识别研究与应用基于Web技术的金川公司三矿区通风管理系统研究基于微信小程序的智能推荐点餐系统的设计与实现智慧景区旅游应急指挥中心设计面向目标跟踪的物联网时空数据处理技术研究与实现基于云服务的智能语音技术在智能家居中的应用基于深度学习的烟雾视频检测系统研究与开发基于姿势引导生成对抗网络的行人再识别系统设计与实现无线可充电传感器网络充电调度算法研究与应用分布式级联长周期光纤光栅解调复用的系统设计实现云环境下微服务发现及降级优化技术研究基于RSSI和相位的RFID室内定位技术研究与应用容器化关系型数据库I/O消耗性能优化研究无人驾驶中行人检测算法及其安全性研究面向步态变化场景的智能终端身份认证研究基于高速公路违章检测的无人机地面站的设计实现基于群组认证的RFID安全协议研究基于MMTD的虹膜图像处理基于大数据的用户行为日志系统设计与实现面向物联网终端设备的蜜罐捕获系统设计与实现文档共享转换服务器的设计与实现基于网络编码的D2D视频传输技术研究面向智慧城市的基站网络流量预测方法与系统实现基于UWB的室内测距与定位系统10千伏配网环网柜消缺辅助系统的研究基于改进随机森林算法的P2P贷前信用风险评估方法研究基于移动支付软件党费收缴管理系统的研究基于云计算的电商商品查询推荐系统设计与实现基于时空轨迹大数据的路线规划机制的研究与系统构建基于云U8的面向化工行业的ERP系统设计与实现基于Spark的物流园区拥堵预测系统设计与实现基于Web GIS的H市矿山信息管理系统设计与实现四川移动公司党组织信息管理系统的设计与实现规约驱动的片上系统一致性检测研究触发脉冲采集式三维超声成像系统设计与实验研究基于ZigBee的无线传感器网络定位技术研究基于ZigBee技术的共享社区智能控制系统的设计与实现信安集团集采管理系统的设计与实现油气试采设备动态管理系统研究能投股份公司电力物资管理系统设计与实现基于Web的心理测评系统设计与实现可穿戴设备的太阳能微能量采集与管理研究出入境涉外信息管理系统的设计与实现科技词条库建立方法研究与实现金融产品销售系统设计与实现嵌入式机房环境监控系统的设计与实现YOLOv4网络辅助的四足机器人森林盲区巡检技术研究基于单目视觉的前车碰撞预警系统设计与实现基于Hive的购销数据仓库系统的设计与实现基于半物理仿真驱动的客运车辆关键性能虚拟测试技术研究药品招标采购系统设计与实现基于LabVIEW与PLC的液压缸试验台控制系统设计网络媒体舆情检测与分析系统设计与实现基于MVC架构的公文流转系统的设计与实现基于工作流的会议和督办管理系统的设计与实现移动医疗APP的设计与实现基站测试数据分析系统设计与实现基于高速公路复合通行卡智能管理系统的研究与实现电力公司非现场审计系统的设计与实现电力工程建设监理公司财务信息审计系统的设计与实现税务局查账系统的设计与实现95598电力客户服务辅助系统的设计与实现基于的配网项目管理系统的设计与实现电网运营监测系统设计与实现基于Java的图形化配网调度运行管理系统设计与实现国网四川管培中心物资管理系统的设计与实现基于B/S模式的教务管理系统的设计与实现变电站电力设备运行管理系统的设计与实现基于北斗的全域旅游景区综合管理平台设计与实现基于泛渠道拓展线上线下协同系统的设计与实现航空企业信息编码系统设计与实现航空发动机维修过程数据自动化采集系统设计与实现行波管机械加工工艺资料管理系统设计与实现行波管零部件生产管理系统设计与实现基于Spring技术的政府机关文档管理系统的设计与实现会展参展商管理系统设计与实现自动小车存取系统优化运行关键问题研究面向通信企业的新闻信息聚合平台设计与实现基于对抗网络的跨领域关系抽取研究与实现应用驱动的虚拟网络切片计算与维护关键技术研究基于无线传感器技术的水环境监测系统设计与开发基于贝叶斯网络和支持向量机的网络安全态势评估和预测方法研究面向自动驾驶场景的高效实时语义分割方法研究基于机器学习的算法设计以及在智能系统中的应用基于神经网络的大规模MIMO混合波束赋形研究基于卷积神经网络的动态手势识别研究基于深度学习的发票识别研究基于深度学习算法的室内可见光通信系统光源布局的动态优化基于上下文信息聚合的语义分割与目标检测算法研究基于双流神经网络的光谱反卷积算法研究基于深度学习的光学字符识别技术研究边缘计算设备中神经网络适配及其手写体识别基于加密神经网络的脑电分类控制研究及实现基于膨胀卷积和视觉注意的目标检测及应用基于DBN与ELM算法的入侵检测研究无线传感网络中GEAR路由协议的研究与改进基于深度学习的行人自遮挡检测及应用基于机器学习的搜索排序算法的研究名址分离网络中映射系统的研究基于轻量级深度学习框架的IP骨干网络流量实时预测研究基于深度学习的稀疏角CT重建研究基于深度学习的图像去雾算法研究面向配体虚拟筛选的深度迁移学习方法研究基于深度学习的高铁移动通信信道预测和信号检测研究基于深度学习的视频人脸表情识别研究深度神经网络测试用例选择技术基于卷积神经网络的视频密集群体行为识别基于卷积神经网络的CT图像金属伪影研究基于RFID技术的室内定位方法研究基于RSSI的无线传感器网络的节点与目标定位优化算法研究基于深度学习的人体姿态估计关键技术研发基于深度学习的非完备信息博弈局面信息自动获取系统基于数据挖掘的入侵检测方法的研究基于自动编码器的入侵检测系统研究与实现基于内容识别的P2P视频流检测系统基于Tesseract-OCR的古代汉语文字识别方法的设计与实现基于私有信息的跨领域场景识别基于自动编码器的健身方案推荐系统及应用基于人脸识别的乒乓球智能训练平台设计面向家居场景的跌倒行为分析技术研究与实现基于在线社会网络的用户情感分析研究与实现在线学习中视频交互行为的影响因素研究基于概念抽象水平的文本推荐区块链共识机制的研究与改进面向指静脉识别系统的ROI提取算法研究基于“互联网+”的无车承运人平台设计与实现面向物联网终端设备的蜜罐捕获系统设计与实现基于离散事件模型的Tile体系结构指令集研究5G-NR高速移动场景下多普勒频偏估计方法研究基于能量采集的D2D通信资源分配算法研究基于SDN的网络资源管理方法研究。
无线能量传输技术
深入的研 究， 从而满足各行各业对无线供 电技术的需求 。
京航 空航天大学 等科研机 构在基础 理论和相应 的应用领 域内 也做了大量的工作“ ’ 。
２ 国 内外研 究 现状
新 西兰奥克兰大 学电子与 电气学研 究中心 的Ｂ ｙ 教授 领 ３ 现有 的无线 能量传 输技 术 ｏｓ ． 导的研究 团队从上世 纪９ 年 代开始对无线 能量 传输技 术进行 ３１辐 射技 术 ０
文章提 出了开发井下感应电力机车的 是靠导线来传输 ， 电气设备主要通 过插头和插座等 电连接 器的 上应用 的可行性 的文章 。 意义及关 键技术 ， 并提 出了具体实施 方案的设想 。 中国科学 院 接 触来获得 电能， 这种传输方 式会产生摩擦 、 损和裸 露导体 磨 对可分离变 等 现象 ， 很容 易产生接触火花 ， 从而影响供 电的安全性和 稳定 电工研究所首次在国内研 究了无线电能传 输系统， 各种补偿拓 扑结构 、 系统运行 频率和负载对 性 “ 。１８ 年， ８ ８ 赫兹通过实验证 明了电磁波可 以在 自由空间产 压器 的耦合系数、 系统性能的影响以及松耦合变压器初次绕组 的几何形状、 磁性 生， 并能在接收端被检 测到， 这是 最早 的无线 能量传 输实验。 到十九世纪末 ， 物理学家尼古拉正式提 出无线能量传输的构想 材料及相对位 置对变压器耦合能量的影响进行 了深入的理论研 ［ ６ ５ １ 并针对该技术在磁悬浮列 车无线供 电中应用 的可行 由于早期无线能量传输的效率很低且没有 市场 需求 ， 因此 究和实验 ，
３３电感耦合技术 ．
电磁 能的频率 ， 输频率的提高会对传 输容量有一定的制约。 传 通过两线 圈之 间的 电磁耦 合实现电能的无 电连接 方式 的 通 过采用科学有 效的技术措施 ， 力图使 电能具有较大的传输容 传 输。电磁耦合 器是电感 耦合系统的核心部件 ， 其性 能决定着 量和较远 的传输距离。
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可充电无线传感网关键技术研究及应用
作者：黄煜栋
来源：《科学与财富》2020年第12期
一、目的和意义
随着传感器技术、计算机技术、无线通信技术和低功耗嵌入式技术的飞速发展，可充电无
线传感网作为一种融合了感知、计算和通信等技术的新兴网络，以其低功耗、低成本、可分布
式计算、自组织等特点带来了信息感知的一场变革，成为物联网和物理信息系统的重要前端组
成部分，不断改变着人与物理信息世界的沟通方式，使得信息世界与物理世界的有机融合成为
可能，从而被广泛应用于生态监测、智能建筑、入侵检测、智能交通、健康监护、智能物流等
领域。
二、国内外研究水平综述
2.1可充电无线传感网硬件平台
目前比较成熟的无线可充电传感器网络系统硬件平台有Intel公司的WISP 平台、密西根
大学的UMich Moo平台以及Powercast公司的POWERCAST平台，下面本章将分别对这三个
无线可充电平台的硬件基础。
2.1.1WISP平台
无线识别与传感平台WISP（Wireless Identification and Sensing Platform）是集传感、识
别、通信和计算为一体的硬件平台，利用商用UHF RFID阅读器，给WISP供电的同时读取平
台上多种传感器的数据。可充电无线传感网能量管理优化
相比于传统传感器网络，无线可充电传感器网络能够利用的能量更少，网络对能量的补充
与使用将直接影响网络的寿命和性能。因此，理论研究领域大部分的工作都集中在能量管理优
化方面。总结起来，前人的优化策略分别从网络的能量补充和使用两个维度展开，第一种策略
强调如何高效地从环境中补充能量;而第二种策略则着重强调降低节点和网络的能耗。主要方
法有采用低功耗硬件设计、优化传感器节点的工作调度、设计低功耗通信协议、路由算法等。
2.1.2能量补充优化
在无线可充电传感器网络中，如何为节点高效地提供能量是最重要的研究目标之一。相关
的研究按照能量源是否可移动可分为两类：能量源静态部署与能量源移动规划。
2.1.3能量使用优化
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由于可充电网络的能量限制，除了在能量补充上进行优化外，许多学者还考虑在能量使用
方面进一步优化。按照优化目标的不同，这一方面的工作可以分为满足通信需求和最大化网络
寿命两类。
三、项目研究内容和实施方案
3.1主要研究内容
3.1.1可充电无线传感网能量管理与网络路由技术研究
（1）研究可充电无线传感网的能量管理机制，实现网络节点能量监视与协调管理
（2）研究适应能量动态变化的可充电无线传感网网络路由技术
（3）研究可充电无线传感网能量源部署方案及移动控制策略
3.1.2可充电无线传感网能量供给技术研究
（1）调研分析磁感应、磁谐振、射频、激光等无线供能技术和工频电磁场取能、温差取
能、震动取能等多种能量收集技术的技术优势及适用场景
（2）研究可充电无线传感网的集成多种取能技术的混合式能量供给技术，设计瓦级、毫
瓦级和微瓦级的混合式能量供给策略
（3）研究微能量电源管理技术，研制微能量电源管理模块
3.1.3可充电无线传感网开发及试点验证
（1）研究可充电无线传感网在输电线路在线监测、变电设备状态检测、配电网线路故障
检修等典型应用场景中的应用模式及其部署方案
（2）研制集成混合能量供给方式的无线传感网节点样机，构建可充电无线传感网实验平
台
（3）选取典型变电站，开展可充电无线传感网系统试点验证
3.2项目研究方法和具体实施方案
3.2.1可充电无线传感网能量管理与网络路由技术研究
（1）可充电传感器节点能量管理机制研究
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传感器节点通过能量收集技术从环境中不断获取能量来克服其电池总能量受限问题，为无
线传感器网络长期有效地工作提供了可能。然而，由于从环境中获取的能量具有时变特性，如
何利用可获取的能量来最大化网络性能成为可充电传感器网络设计中的一个关键问题，也是可
充电传感器网络研究中的一个热点问题。现有的能量管理技术主要基于已获取的能量从网络性
能的角度出发管理节点的能量，缺乏对节点实际能量消耗的监视与协调管理，限制了网络性
能。因此，本项目建立节点能量的实时监测系统，同时设计相应的协调管理系统来优化网络性
能，实现其预期目标。
（2）可充电传感器网络的路由技术研究
路由策略作为无线传感器网络中数据收集的重要一环，与节点的能量消耗息息相关，一定
程度上决定了整个网络的性能。在可充电传感器网络中，由于传感器节点的能量受所获取能量
和电池能量状态的限制，因此路由策略的选择必须根据节点的能量以及网络性能进行实时调
整。如何利用所获取的能量来设计和优化路由策略从而最大化可充电传感器网络性能是该网络
设计中的极其重要的一类研究问题。
（3）研究可充电无线传感网能量源部署方案及移动控制策略
此前可充电无线传感网中能量源部署与移动控制策略均基于很强的假设，而如果想要将可
充电传感技术与其他技术结合，并真正应用起来，需要在理论研究中不断克服硬件的物理局
限。
根据项目实际需求，本项目主要研究在电网系统的输配电端的无线传感器网络系统的部署
问题。在电力电网的应用中，为了实现无缝的、节能的、可靠的和低成本的远程监控，無线可
充电传感器网络系统必须合理地部署在待检测区域，同时采用有效地检测方式，将所需求的数
据采集到。
故障检测：据统计，2002年在美国由于设备故障原因而造成的经济损耗为790亿美元，
这相当于整个电力零售行业收入总和的二分之一，因此电力故障对社会生活和经济都带来严重
的后果。故障无法检测出的根本原因是缺少自动化的分析和可见性很差。因此，电力系统急需
先进的传感器和监测系统来减少故障的发生并提高系统的可靠性。而无线可充电传感器网络系
统的部署将有助于故障检测。
地下线缆系统监测：架空输电线系统、地下线缆系统的关键连接点和终端会发生很多故
障。然而，由于恶劣的地下环境，监测与维护地下线缆就变的更难了。WSN能够大幅减少地
下线缆系统监测的开销，并为地下线缆提供更准确的状态信息。
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导体温度和动态热定值系统：电力公司很在意电缆的温度是因为这能衡量对线缠的利用是
否达到最优。负载容量是电力系统的关键参数之一，与线绳导体温度有着直接的关系。用智能
传感器节点测量线缆导体温度是一种性价比很高的、可靠和灵活的解决方法。
以上是电力系统中WRSN系统部署环境的分析，如何在这些典型的应用场景中部署和应
用无线可充电传感器网络系统将是本项目重点研究的内容。本项目将分析多种部署方案，并根
据实际的应用场合分析比较，为每个不同的应用场景定制不同的解决方案。
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