本文關(guān)鍵詞：基于綜合環(huán)境能量采集的自供電飛行器無(wú)線傳感器

  更多相關(guān)文章： 飛行器 環(huán)境能量收集 自供電 最大功率點(diǎn)跟蹤 壓電升壓 綜合儲(chǔ)能

【摘要】：飛行器的工作環(huán)境既惡劣又復(fù)雜,如果不能對(duì)飛行器工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制,將會(huì)嚴(yán)重威脅到飛行安全。分布式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)常用于結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測(cè),但是其供電多采用干電池,無(wú)法保證傳感器節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)期工作。節(jié)點(diǎn)的供電問(wèn)題已經(jīng)成為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸,能量供給技術(shù)已經(jīng)成為該技術(shù)的核心課題之一。論文在對(duì)飛行器典型環(huán)境進(jìn)行調(diào)研的基礎(chǔ)上,分析了飛行器工作過(guò)程中振動(dòng)能和溫差能的分布和特點(diǎn);然后,確定了綜合能量采集的熱-電、機(jī)-電轉(zhuǎn)換方案,研究了它們的輸出特性;提出了針對(duì)溫差發(fā)電裝置(TEG)的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)方案。該方案使用脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)控制Buck-Boost電路產(chǎn)生無(wú)功率消耗的虛擬阻抗匹配內(nèi)阻,實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤;提出了適用于無(wú)線節(jié)點(diǎn)功率的低功耗測(cè)量方案;為解決壓電材料輸出電壓遠(yuǎn)低于熱電材料的問(wèn)題,本文提出了基于同步電荷提取方法的升壓采集方案。該方案運(yùn)用模擬開(kāi)關(guān)技術(shù)降低控制系統(tǒng)的功耗,在升壓的同時(shí)不影響壓電材料的輸出功率。本文設(shè)計(jì)了綜合能量存儲(chǔ)穩(wěn)壓模塊,保證在不同環(huán)境能量以及不同工作狀態(tài)下能量收集模塊均可以向儲(chǔ)存能量的超級(jí)電容充電。在此基礎(chǔ)上提出了一種工作在系統(tǒng)掉電模式下的啟動(dòng)電路,在單片機(jī)上電后打開(kāi)高效能量收集通道,自動(dòng)關(guān)閉啟動(dòng)通道。最后,制作了無(wú)線傳感器樣機(jī),并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的控制方案可以有效的提高能量收集的效率和輸出的電功率,并且可以在實(shí)驗(yàn)室條件下實(shí)現(xiàn)自供電穩(wěn)定工作。
【關(guān)鍵詞】：飛行器 環(huán)境能量收集 自供電 最大功率點(diǎn)跟蹤 壓電升壓 綜合儲(chǔ)能
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V243;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 溫差發(fā)電技術(shù)15-16
• 1.2.2 壓電發(fā)電技術(shù)16-18
• 1.2.3 混合能源采集供電系統(tǒng)18-19
• 1.2.4 環(huán)境能量采集技術(shù)供電的傳感器節(jié)點(diǎn)19-20
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 飛行器可采集能量分布及可行能量轉(zhuǎn)換方案分析22-38
• 2.1 飛行器典型環(huán)境下的振動(dòng)特性22-23
• 2.2 飛行器典型環(huán)境下的熱能分布23-24
• 2.3 機(jī)—電能量轉(zhuǎn)換方案24-29
• 2.3.1 壓電發(fā)電技術(shù)24-26
• 2.3.2 壓電片安裝方式26-28
• 2.3.3 機(jī)—電能量換能結(jié)構(gòu)及輸出特性28-29
• 2.4 熱—電能量轉(zhuǎn)換方案29-37
• 2.4.1 溫差發(fā)電技術(shù)29-30
• 2.4.2 溫差發(fā)電片安裝方式30-31
• 2.4.3 熱—電能量轉(zhuǎn)換器件及輸出特性31-32
• 2.4.4 溫差發(fā)電裝置仿真分析32-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 充電控制方案及其電路38-51
• 3.1 TEG自適應(yīng)阻抗匹配收集電路38-45
• 3.1.1 典型DC/DC變換電路38-40
• 3.1.2 電路分析40-42
• 3.1.3 最大功率點(diǎn)42-43
• 3.1.4 最大功率點(diǎn)跟蹤方案43-45
• 3.1.4.1 控制算法設(shè)計(jì)43-45
• 3.1.4.2 控制電路45
• 3.2 壓電能量升壓收集電路45-50
• 3.2.1 壓電能量收集電路46-48
• 3.2.2 基于同步電荷提取的升壓電路實(shí)現(xiàn)48-50
• 3.3 本章小結(jié)50-51
• 第四章 綜合充電及低功耗控制方案51-65
• 4.1 MSP430單片機(jī)選型51-52
• 4.2 自供電飛行器無(wú)線傳感器總體方案52-58
• 4.2.1 控制模塊設(shè)計(jì)53-55
• 4.2.2 自啟動(dòng)通道設(shè)計(jì)55-56
• 4.2.3 綜合儲(chǔ)能穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì)56-58
• 4.3 系統(tǒng)低功耗模式及控制方案58-63
• 4.3.1 MSP430、AS12低功耗模式58-59
• 4.3.2 低功耗控制方案59-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 第五章 自供電飛行器無(wú)線傳感器設(shè)計(jì)、制作及性能測(cè)試65-76
• 5.1 試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建65-68
• 5.1.1 自供電飛行器無(wú)線傳感器樣件制作65-66
• 5.1.2 能量轉(zhuǎn)換裝置的制作66-67
• 5.1.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成67-68
• 5.2 熱電能量收集通道性能測(cè)試68-72
• 5.2.1 基于Buck-Boost電路的阻抗匹配電路測(cè)試69-71
• 5.2.2 MPPT算法參數(shù)預(yù)設(shè)與電路測(cè)試71-72
• 5.3 壓電能量收集通道性能測(cè)試72-74
• 5.3.1 同步電荷提取電路測(cè)試72-73
• 5.3.2 壓電能量收集輸出測(cè)試73-74
• 5.4 綜合能量采集自供電工作測(cè)試74-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 主要內(nèi)容及結(jié)論76-77
• 6.2 未來(lái)工作展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 致謝82-83
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 田永衛(wèi);閆楚良;張書明;閆光;;飛機(jī)隨機(jī)振動(dòng)環(huán)境實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的歸納方法[J];振動(dòng).測(cè)試與診斷;2014年06期

2 Zhang Jingzhou;Pan Chengxiong;Shan Yong;;Progress in helicopter infrared signature suppression[J];Chinese Journal of Aeronautics;2014年02期

3 李翔;周園;任秀峰;年洪恩;王宏賓;;新型熱電材料的研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2012年01期

4 于紅云;李艷秋;尚永紅;蘇波;;光伏-溫差混合能源的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2009年04期

5 李堯;;飛機(jī)溫度環(huán)境適應(yīng)性要求分析和確定技術(shù)探討[J];裝備環(huán)境工程;2008年06期

6 陳巖;宋楠楠;喬繼紅;郭宏;;微能源技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J];微計(jì)算機(jī)信息;2008年31期

7 劉盼剛;文玉梅;李平;卞雷祥;賈朝波;李興圣;;一種磁電自供電無(wú)線傳感器電源管理電路研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2008年08期

8 姜洪義;王華文;任衛(wèi);;SiGe熱電材料的發(fā)展與展望[J];材料導(dǎo)報(bào);2007年07期

9 夏新林;艾青;任德鵬;;飛機(jī)蒙皮紅外輻射的瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2007年03期

10 吳琦;熊光澤;;基于隨機(jī)決策模型的動(dòng)態(tài)功耗管理策略研究[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2007年04期

，

本文編號(hào)：638264