毕业答辩-投出式自供电系统的研究

1、1/13,投出式自供电系统的研究,2016年5月22日,2016年机电与信息工程学院本科毕业设计答辩,2/13,目 录,一、选题背景 二、能源供应模块的选择 三、振动能量的采集 四、其它模块的设计及实验 五、分析与总结,3/13,功能：信息收集、数据处理、无线传输 应用：军事、环境监测、医疗卫生、农业、工业等各领域,无线传感器网络,一、选题背景,在一些嵌入式的装置中，接受不到阳光的照射，不能利用太阳能供电,压电发电,4/13,一、选题背景,无线传感器网络节点,传感器模块：采集、提取和转换信息 处理器模块：控制节点的工作，存储和处理信息 无线通信模块：发送和接收信息 能量供应模块：提供能量,传感

2、器模块,传感器 模数转换,处理器模块,处理器 存储器,无线通信模块,能量供应模块,二、能源供应模块的选择,压电陶瓷：经过极化处理后的人工无机压电材料 优点：压电性能强、介电常数高、可以加工成任意形状,5/13,发电原理：正压电效应,三、振动能量的收集,能量收集电路： 标准能量收集电路、倍压能量收集电路、电荷同步获取电路、串联电感同步开关电路、并联电感同步开关电路,标准能量收集电路,由整流桥和滤波电容组成,6/13,7/13,四、其它模块的设计及实验,微控制器：选择Microship公司的生产的单片机PIC18LF14K50-I/P 电源电压范围为1.8V3.6V 运行模式下电流为25mA 休眠

3、模式下电流为24nA,无线射频模块：选择Anaren公司的A110LR09A00GM芯片 电源电压的范围为1.8V3.6V 运行模式时电流消耗值是15mA 休眠模式时的电流消耗是200nA,节点的设计：,设定节点的工作周期为5min，工作模式10ms，剩余时间为休眠模式，节点工作电压为1.8V,传感器网络节点的功能框图,传感器节点的总功耗主要是有MCU的计算功耗和通信子系统的的通信功耗，传感子系统和供电子系统的能耗相对较低，在此忽略不作分析,计算可得： 节点运行状态下的功率为72mW 节点休眠状态下的功率为402.3nW 节点在一个工作周期内消耗的能量为0.84mJ,8/13,四、其它模块的设

4、计及实验,9/13,PN-3 P-85,能量收集电路：标准能量收集电路,Cr为50V，20F，RL为8M,实验材料：,四、其它模块的设计及实验,10/13,实验内容： 对于压电陶瓷PN-3和P-85样品，分别增加振动频率和应力，测得RL两端的电压并记录,实验装置：,四、其它模块的设计及实验,11/13,5086铝合金,实验数据拟合图像：,由上述三维图像可以看出，电压随着频率的变化的变化幅度比电压随着应力的变化的变化幅度要大，即频率对压电陶瓷发电的影响比应力的影响要大,PN-3 电压图,P-85 电压图,四、其它模块的设计及实验,12/13,5086铝合金,实验数据拟合图像：,PN-3 功率图,P-85 功率图,PN-3的最大发电功率为237.1W,P-85的最大发电功率为166.9W,四、其它模块的设计及实验,13/13,五、分析与总结,1. 改变形状与结构，提高发电效率 2. 改变能量收集电路，提高能量收集率,总结：,1. 设计并计