基于NB-IoT的能量收集系统电池状态监测可视化系统设计

针对无线传感器的能量收集系统缺乏对电池状态的实时监测、传统电池监测系统数据传输距离有限以及本地存储数据容量不足等问题,本文面向能量收集系统设计了基于物联网技术的电池状态监测与数据可视化系统。系统设计了以STM32L低功耗系列芯片为控制核心,由DHT11温湿度采集模块、PCF8591电压采集模块、电流采集模块组成的数据采集系统,在嵌入式系统中利用开路电压法估算电池荷电状态(SOC),通过NB-IoT模块超远距离传输数据至阿里云物联网平台并存储于云数据库,最后设计了手机端小程序作为数据可视化端。本系统能够实时远程监测传感器节点的环境温湿度、电池电压与电流、电池SOC。测试表明,系统运行稳定且监测数据可靠,极大方便了对无线传感器能量收集系统电池状态的监测,具有实际工程意义。

基于PVDF压电薄膜的能量收集系统研究

压电能量收集系统作为一种自发电系统,可以将施加在系统上的压力转换为可供负载使用的电能。以100μm厚的PVDF薄膜作为压电能量收集系统的能量来源,以电学与力学为基础,设计了一种基于PVDF薄膜的压电能量收集系统;用ANSYS软件建立模型仿真,用origin软件处理PVDF薄膜输出信号参数,确定了箱式结构下的压电薄膜双并联结构;设计了采用三倍压电路的基于LTC3588芯片的能量收集电路,使得能量采集效率提升了3倍。

射频/微波能量收集系统的整流电路研究进展

射频/微波能量收集系统以可持续、环保等优点在无线传感器网络、可穿戴设备等领域具有广泛应用前景。对近年来射频/微波能量收集系统的整流电路的研究进展进行了概述。分析并讨论了整流电路的技术指标和电路结构,分别从器件研究和电路设计两个方面对整流电路的研究进展进行分析、归纳。从原理、性能提升等方面分析具有低的零偏压电阻值的自旋二极管应用于微瓦量级信号整流电路的潜力;从微弱信号整流、宽输入功率范围信号整流、高功率转换效率整流、阻抗去敏感化4个方面分析了整流电路设计的关键问题,归纳出有效的解决途径并对整流电路的发展趋势进行了展望。

一种应用于无线传感器网络无线能量收集系统的整流电路

本文给出了一种应用于无线传感器网络的无线能量收集器的整流电路。该整流电路采用L形结构作为输入匹配,采用商用肖特基二极管实现整流,仿真结果表明,本整流电路在2.45GHz具有良好的端口特性,其功率转换效率可以达到58%。该整流电路能够应用到无线能量收集系统实现能量转化,从而实现对无线传感器网络节点的持续供电,具有较强的应用意义。

一种基于收费站的能量收集系统设计

论文设计了一种基于收费站的能量收集系统。该系统由减速带发电模块、太阳能发电模块发电和电能转换模块组成。理论计算结果表明,该系统符合设计要求,具有一定的实际应用价值。

振动能量收集与管理系统低能耗冷启动方法研究

针对目前的能量收集与管理方法在系统能源消耗殆尽情况下无法实现自启动的问题,提出了一种振动能量收集与管理系统低能耗冷启动方法。冷启动电路基于电压阈值滞回窗闭锁开关控制逻辑,能够周期性地为系统提供高功率能量,实现系统自启动。冷启动电路工作阶段可划分为稳定阶段和初始阶段,首先分析冷启动电路在稳定阶段的工作特性,得出冷启动电路的电压阈值滞回窗特性及窗区间与元件参数之间的关系;然后分析冷启动电路在初始阶段的工作特性,得出冷启动电路在低压状态下的自启动逻辑;最后对电路进行电路功能测试、能量转换效率测试实验,实验结果表明:冷启动电路能够实现系统能源消耗殆尽下的自启动,且自身能耗低,仅消耗系统能量的4%。

微能量收集技术及储能器件研究

为提高微能量收集的转换效率,分析了3种典型的换能装置结构及其等效电路,探究了3种换能装置的能量收集电路的工作原理、优缺点及能量转换效率,对比分析了常用储能器件.结果表明:带控制单元的能量收集电路效率高,超级电容和锂电池适合微能量收集系统.基于以上分析,对微能量收集技术和储能器件研究提出了建议,带控制单元的能量收集电路和组合形式的储能系统是进一步研究微能量收集系统效率的一个方向.

基于DDPG的能量收集通信系统的功率分配技术

能量收集通信系统能够从外界环境中收获能量,以此维持系统的正常工作。本文提出能量收集通信系统的功率分配问题,该问题符合马尔科夫性,因此将该问题描述为马尔可夫决策过程,然后使用强化学习算法求解。仿真结果证明,与其他功率分配方案相比,该方案能够实现较高的长期吞吐量。

压电能量采集系统的充电电路设计与仿真分析

在压电能量采集系统充电原理的基础上,设计了系统的充电电路,并对其瞬态、稳态充电电路进行了设计与分析。采用典型的两层结构,选用PZT-5H单晶片作为压电片,选用黄铜片作为基板搭建压电能量采集系统模型。仿真结果表明,当等效电阻为135 kΩ时,稳态输出功率达到最大为0.11 mV;当等效电阻为238 kΩ时,瞬态和稳态充电的临界充电电压为5 V;验证了所设计电路的合理性,为设计电路的推广应用提供了科学参考。

用于射频能量收集的整流天线设计

设计了一款具有陷波功能的天线,用来提高射频能量收集系统的能量采集效率。由于射频能量收集系统后端整流电路中二极管具有非线性效应,在整流过程中会产生高次谐波。产生的高次谐波会反向传输至天线并向外辐射,从而造成能量损耗,降低整个射频能量收集系统的效率。为了抑制高次谐波,通常可在整流二极管前加载带通滤波器。但滤波器的使用会增加系统尺寸并引入额外插损。针对此问题,将该谐波抑制天线与设计的2.45 GHz整流电路相连接,可制成具有谐波抑制的整流天线。对该谐波抑制整流天线进行实测,并与另一无谐波抑制的整流天线进行了对比。实测结果表明:具有谐波抑制功能的整流天线比无谐波抑制的效率高4.1%。由此可知,在射频能量收集系统的应用中,具有谐波抑制功能的陷波天线作为接收天线,可提高系统能量收集效率;同时,由于在整流电路中免去了滤波器,可实现整个能量收集系统的小型化。

压电技术探析及其在道路能量收集中的应用

在路面上,压电发电研究已经展现出较高的可靠性和效率。立足于压电材料性能、压电式能量收集等国内外研究现状,对压电换能器结构进行了优选与设计;分析了埋置深度、排列方式与温度对压电效率的影响。分析结果表明:桥式压电换能器最适合于路面能量收集,最优埋置深度为15 mm;高温下的换能器变形不可忽视,应注意养护;压电换能器的最优排列方式为点状矩阵分布,距离道路边缘0.25 m^1.5 m处的间距取4 mm,其余路段间距取14 mm。上述研究、方法与结论有利于道路压电式能量收集技术进一步研究和应用实践。

WSN中基于混合天线的PEGASIS改进算法

针对无线传感器网络面积大、节点传输距离远的特点而导致能量消耗过快容易死亡的问题,引入定向天线,设计了基于混合天线的高能效收集路由协议(EEMC)。通过定义距离阈值,在区域内构造多条短链,短链通过链头收集链内节点数据后直接与基站通信。距离阈值根据链路位置和节点死亡情况长链系数有所变化,短链间采用全向天线传输数据,链头节点通过定向天线向远处的基站发送数据。仿真结果表明,该算法大大减缓了第一个死亡节点到来的时间,节省了每轮的网络能耗,降低了通信时延。

一种自充电自行车

基于为自行车助力且无需专门充电的思想,本文设计了一种自充电自行车。当骑行自行车时,人的重力和骑行动力大部分作用在后轮上,为压电能量收集存储系统提供了源源不绝的能量;压电系统收集的能量存储到锂电池后,可以驱动无刷直流电机运转,实现为自行车助力的目的。采用合适的设计和材料,可以为骑行者减少1/3的体力消耗,从而大大提高骑行舒适度并增加骑行里程。

五频段整流天线的研究与设计

针对5G频段以及传统频段的微波能量收集,提出了一款五频段整流天线,其主要由微波能量接收天线和五频段整流电路组成。为了将空间中的5G频段中3.5GHz与4.9GHz的微波能量以及传统频段中的1.75GHz、2.3GHz、2.8GHz的微波能量转为直流功率进行输出,整流电路由两个并联二极管结构的整流电路并联而成,为了收集更多的微波功率,接收天线的辐射方向图在1.75GHz与2.3GHz实现全向性的线极化辐射,在2.8GHz,3.5GHz和4.9GHz实现圆极化辐射。五频带整流天线可在功率为-20~5dBm的环境中工作,且最大RF-DC转换效率可达到58%。因此该整流天线可为低功耗电子设备供电。