无线传感器网络电源方案的选择..doc

无线传感器网络电源方案的选择 摘要： 关键字： Abstract： Key Words： 引言无线传感器网络节点被密集部署在监测环境中，通常运行在无人值守或人无法接近的恶劣甚至危险环境中[1]，如何将周围环境中的有效能源转化为电能，为无线传感器网络提供能量，从而实现无线传感器网路的能量自给是无线传感器网络研究设计中的关键问题。能量采集技术为这些关键问题的解决提供了一种可行性方案。常见的能量采集技术有：振动能量采集、热能采集、太阳能采集、射频能采集等等。本文将从能量来源、适用范围、成本及优缺点等方面对各种能量采集技术进行分析比较，并提出系统成本性价比高的能量采集方案的具体原则，达到了延长无线传感器网络的寿命周期，的目的。 能量的采集和使用选 所示为无线传感器网络的能量集与使用原理框图。节点所处的环境中收集各种可利用的能源当节点需要时，将能量从中取出节点上的各个例如模数转换器、器、射频收发器等，保证传感器电源需求，实现长期有效的供电。 图1 无线传感器网络节点的能量采集与使用 由图1可知，传感器节点所处环境不同，环境中可以收集的能源也不相同，难以保证无线传感器网络均能可靠地获取所需能。振动是一种广泛存在的现象，特别是在汽车、飞机、桥梁大型机械等多种场合中，而这些场合往往是无线传感器网络系统应用的重点领域机械、车辆、楼宇以及如桥梁等其它架构产生的一般机械振动能。小型传感器可安装到车门、电动马达基座等狭小空间传感器在这里无需电池、电源线路或通信布线即可进行工作，而且能够在不需要维护情况下无限期工作。因此，该技术尤其适合需要长使用寿命、高温运行或者人员难以接近的应用中。振动能采集方式有压电式、电磁式和静电式，其中压电式发电机因具有结构简单、能量密度大、易于微型化等优点，成为目前微型研究的热点之一[2]。影响振动能采集输出电压和能量的因素有：压电材料和振动频率。采用压电振当它们的厚度介于20纳米至23纳米之间时，其压电效率提高了100%太阳能一种“取之不尽，用之不竭”既节能又环保的新能源不可再生资源的枯竭，能源的紧缺，环境的污染针对工业、交通、农业以及商业等多领域应用推出可将环境光转换为电源的太阳能采集开发套件充分满足了无线网络系统设计人员对可替代能源的需求。偏远地区开发人员可以构建基于太阳能的自供电无线传感器网络，从而无需定期花费时间与金钱进行系统电池。通过将 Cymbet 的 EnerChip 技术与 TI 的 MSP430 微处理器和 CC2500 RF 技术完美集成在一起，能采集器无论在强光还是弱光环境中都能实现更高效的存储、处理及传输。EnOcean 的太阳能模块采用了一种多晶硅太阳能电池。多晶硅电池将太阳能转换为电能的效率为 11%～16%，无电力网地区的民用和工业用太阳能板系统是人们很熟悉的装置。另一种常见的太阳能电池是非晶硅电池，但它的效率只有多晶硅的一半（8%）。除了转换效率低的缺点以外，在阳光直射下非晶硅电池的转换效率每年还要衰减 15% ～ 35%。尽管有这些明显的缺点，但非晶硅的应用仍很普遍，因为它们的成本要比多晶硅低一个数量级，这对大批量消费电子来说，是一个显著优势。例如，一块典型的55mm×11mm 多晶硅电池价格为 3 美元，而同样一块非晶硅电池只有不到 25 美分。2.3 热能采集包括阳光、雨水和空气。用于各种无人监视的传感器、微小短程通讯装置以及医学和生理学研究仪器如果热能要被视为一种稳定的电源，就必须考虑热源的稳定性。[1] 孙利民、李建中、陈渝等. 无线传感器网络. 清华大学出版社. 2005-05：17~30. [2] 王强. 基于压电材料的振动能量采集技术的研究[D]. 江苏：江苏大学硕士学位论文. 2008-6：23~25[5] 韩建军, 刘明辉, 赵修建. 太阳能收集和传输的研究[J]. 动能材料. 2007年增刊（38卷） Motoki Ujihara, Gregory P. Carman. Energy Harvesting by Means of Thermo-Mechanical Device Utilized Ferromagnets. Regents of the University of California [8] Kartikeya Mayaram. RF Energy Harvesting Circuit. New global RFID in apparel report Forecasts 2011-2021. .