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基于热电能量采集的无线传感测温系统研究

冀晓明  
【摘要】:随着集成度高、体积小、能耗低的微电子设备和可携带电子器件的发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)得到了广泛的应用。但微电子器件供电技术发展相对落后,目前大多数WSN节点仍采用电池供电,这很大程度上限制了WSN的发展,能量采集技术为WSN节点供电提供了很好的解决方案。本文设计了一种基于热电能量采集的无线传感测温系统。热电模块作为热电发生器(Thermoelectric Generator,TEG)采集热箱体热能,将其转换为电能后为热电偶测温放大电路和WSN供电,同时热电偶测温放大电路将热箱体温度转换为热电动势,WSN将其处理转换后上传至上位机软件并实时显示出来。首先对不同热电模块连接方式的热电发生器的发电性能进行实验,最终选择双热电模块串联的热电发生器作为系统电源。针对TEG输出特性,设计了带有最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的能量管理电路,在将TEG输出电压升高到WSN节点所需电压的同时,保证了TEG最大功率输出,并使用超级电容存储节点睡眠时TEG产生的电能。WSN终端节点使用热电偶测温放大电路获取热箱体温度,经数据处理后再发送给WSN协调节点,最终将温度信息上传至上位机,实现对热箱体温度的测量。最后搭建了相应的实验平台,对基于热电能量采集的无线传感测温系统各个模块和整体进行了实验。结果表明:所搭建的热电能量采集装置可以为无线传感测温系统提供电能,保证其完成对热箱体温度的测量。


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