传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计-农业工程学报.PDF

第 33 卷 第 8 期 农 业 工 程 学 报 Vol.33 No.8 2017 年 4 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Apr. 2017 147 农业信息与电气技术 传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计 1,2 1 1 3 ※ 徐雷钧 ，白 雪 ，潘祎雯 ，毛罕平 （1. 江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013 ；2. 东南大学毫米波国家重点实验室，南京 210096 ； 3. 江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，镇江 212013 ） 摘 要：农田复杂环境及大面积监测需求对农业物联网传感器节点的供电提出了极大挑战，而环境能量收集技术则使低 功耗农业物联网传感器节点的自供电及免维护成为可能。针对传统能量收集装置中收集的环境能量单一有限、装置体积 大、可靠性差的问题，该文提出了一种新型混合环境能量一体化收集系统。该系统定位于环境中普遍而丰富的射频电磁 波能量和振动能量，通过射频收集天线和压电陶瓷的有效结合，同时收集 2 种环境能量，并经整流转换成直流电能。能 量收集天线使用普通 FR4 印刷电路板实现，工作在手机通信频段 1.9 GHz （3G 频段），测试的回波损耗为20.5 dB，对电 磁波能量收集的最高输出功率可达到 38 mW，测得收集到的振动能量最大输出功率可达到25 mW ，满足低功耗传感器节 点的功率需求。该装置不仅可以有效提高系统供电的可靠性和对环境的适应能力，还大大降低了传统混合系统的尺寸， 可为农业物联网快速发展中的传感器节点可靠供电问题提供参考。 关键词：传感器；整流电路；设计；农业物联网；能量收集；射频能量；振动能量；匹配网络 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.020 中图分类号：S24 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-08-0147-06 徐雷钧，白 雪，潘祎雯，毛罕平. 传感器节点自主供电的环境混合能量收集系统设计[J]. 农业工程学报，2017，33(8)： 147－152. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.020 Xu Leijun, Bai Xue, Pan Yiwen, Mao Hanping. Design of ambient hybrid energy harvesting system for self-powered sensor node[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(8): 147 －152. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.08.020 不断发展，传感器节点的功耗还会进一步降低，一些低 0 引 言  功耗传感器如气压传感器 MS5607-B 功耗仅为 1.8 μW ， 随着电子技术的高速发展，各种无线电子产品充斥 温度传感器 DS18B20 功耗低于 5 mW，数字温湿度传感 在人们的生产生活中。在一些特殊环境中，如高辐射、