無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主動(dòng)壓電能量供給系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在國(guó)防軍事、災(zāi)害預(yù)測(cè)、交通管理、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境科學(xué)和日常生活等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。壓電能量供給系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的自供能，提高節(jié)點(diǎn)的性能和使用壽命，適應(yīng)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求。
　　為了解決傳統(tǒng)壓電能量供給系統(tǒng)中存在的供給頻帶窄、供給效率低兩個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種自適應(yīng)的主動(dòng)壓電能量供給系統(tǒng)。通過(guò)最優(yōu)控制電壓的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)能在寬頻帶范圍內(nèi)滿足諧振要求，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，提高能量輸出功率，驅(qū)動(dòng)無(wú)線傳感器

2、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)正常工作。
　　首先，以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用背景，根據(jù)壓電效應(yīng)和力學(xué)理論，構(gòu)建了壓電能量供給系統(tǒng)的質(zhì)量-彈簧-阻尼物理模型和等效電學(xué)模型。研究了被動(dòng)、半主動(dòng)、主動(dòng)三種不同的能量供給系統(tǒng)，建立了仿真電路，深入分析了三種系統(tǒng)的能量采集功率和優(yōu)缺點(diǎn)。
　　其次，設(shè)計(jì)了一種主動(dòng)壓電能量供給技術(shù)，推導(dǎo)了最優(yōu)控制電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在在最優(yōu)控制電壓的作用下，使系統(tǒng)工作在諧振狀態(tài)，提高壓電裝置的振動(dòng)機(jī)械能，減小系統(tǒng)的阻尼周期。同時(shí)給

3、出了一種實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制電壓的自適應(yīng)控制算法。在Matlab中仿真驗(yàn)證了最優(yōu)控制電壓和自適應(yīng)控制算法的可行性。
　　然后，以 MSP430F169單片機(jī)為核心構(gòu)建了主動(dòng)壓電能量供給系統(tǒng)的硬件電路，主要包括全橋整流器、DC-DC變換器、能量存儲(chǔ)單元和控制單元。在功率電路工作過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集輸出功率和激振力頻率，調(diào)節(jié)最優(yōu)控制電壓的幅值和相位，使系統(tǒng)輸出最大功率。同時(shí)分析了每個(gè)模塊的具體工作原理和實(shí)現(xiàn)流程。
　　最后，選取雙晶壓電陶瓷