应用于变电站的自取能无线测温传感器节点的研究

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自取能无线传感器网络结合了传感器技术、自取能和无线网络技术。自取能无线传感器网络在环境参数监测,信息采集,设备状态监控方面有广泛应用。相比于有线传感器网络,自取能无线传感器网络更加安装方便,成本也相对较低,维护也更加方便,能够适应复杂安装情况,是下一代传感器网络的重点发展方向。本论文的主题是关于自取能无线测温传感器节点的设计,采用了自取能技术和占空比工作模式,拜托了对电池的依赖。本文首先分析了传感器节点在整个传感器网络中的作用,明确了传感器节点需要实现的功能,它从变电站环境中采集能量,每一分钟测量一次环境温度,并且把数据无线上传。结构上看,它由能量采集器,电源管理模块,定时器模块,测温发射模块四个模块组成。关于能量采集器,根据变电站现场对可能的能量来源的考察,结合实验室的实验结果,最终确定了磁场取能的方案,并且完成了磁场能量采集器的制作。接下来,设计了针对自取能的升压模块,芯片采用了电荷泵的结构,它能够把0.9V的输入电压抬高到2.3V,用它来作为传感器的电源管理模块,把来自能量采集器的输入电压抬高,并且对存储能量的超级电容充电。因为自取能的输出功率比较低,所以传感器节点电路也做了相应的优化,传感器节点工作在占空比模式,周期设置为64秒,每个周期给出一个15ms的电源脉冲,这个间歇性的电源提供给测温模块。传感器节点实现主要功能的是无线测温模块,无线发射参数设置为载波433MHz,调制方式FSK。整个传感器节点经过测试,能够从实验室模拟的变电站环境中采集到能量并且测量温度信息,上传温度数据,节点功耗平均为11μW。
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