基于微纳技术的无源自报警传感节点系统研制.docx

摘要:随着集成电路、微型机电系统和传感器技术的发展,以无线传感网络节点为核心的环境信息监测系统被广泛的应用于诸多领域。无线设备在日常生活中越来越常见，其供电不及时等多个问题受到了我们的关注，传统的化学电池具有体积大、需定期更换等弊端，所以，寻找一种长期可持续的绿色能源对环境信息监测领域的发展至关重要。通过采集环境中无处不在的机械振动能是解决该问题的最理想方案之一。针对环境和工业检测领域小型无线传感器网络节点的供电问题，设计了基于压电能量采集技术，并具有超低功耗特性的无线传感器网络节点模块；利用能量采集技术可以将节点周围环境中的机械能转换成电能，而且只有当振动加速度的振幅累积达到或超过预设阈值时，该能量采集器才能产生相当大的功率。产生的电能可以随着时间的推移积累到存储的电容中。振动事件引起的电能可以驱动射频发射器发出警报信号。本次毕业设计重点设计了无线传感节点的电源管理模块，详细介绍了其工作原理，所设计节点主要由能量采集器、整流和储能电路、双阈值电源管理电路及射频收发系统组成。实验结果表明，设计的基于压电能量采集技术的自供电电源可为低功耗无线传感器网络节点提供电能，在石油管道防盗报警、电子围栏入侵监控、国防边界安全检测等能耗极度受限的野外环境下具有实际应用价值。 

关键词: 振动能量采集；电源管理电路； 振动监测；低功耗；自供电无线传感节点

目录

摘要

Abstract

前言-(4)

第1章 绪论-(5)

第1.1节 选题背景与意义-(5)

第1.2节 国内外研究现状-(5)

第1.2.1节 能量采集器-(6)

第1.2.2节 电源管理电路-(9)

第1.2.3节 自供电传感节点-(11)

第1.3节  论文的内容安排-(12)

第2章 压电式振动能量采集器-(14)

第2.1节 压电基本原理-(14)

第2.1.1节 压电效应与压电方程-(14)

第2.1.2节 能量采集器工作模式-(15)

第2.2节 加速度阈值驱动的上变频振动能量采集器-(15)

第3章 无源自报警传感节点系统-(17)

第3.1节 无源自报警传感节点-(17)

第3.2节 无源自报警传感节点的构成-(17)

第3.3节 无源自报警传感节点系统要求-(20)

第4章 电源管理电路-(21)

第4.1节 电源管理方法-(21)

第4.2节 电源管理电路-(21)

第4.2.1节 电源管理电路-(22)

第4.2.2节 双阈值电源管理电路-(22)

第4.3节 电源管理电路器件选型-(24)

第5章 射频收发系统-(25)

第5.1节 射频电路-(25)

第5.2节 系统软件设计-(26)

第6章 传感节点测试与分析-(28)

第6.1节 无源自报警传感节点-(28)

第6.2节 测试系统方案-(28)

第6.3节 系统测试与分析-(29)

第7章 总结与展望-(33)

第7.1节 总结-(33)

第7.2节 展望-(33)

参考文献-(34)

致谢-(38)

附录1-(39)

附录2-(43)