经济技术提高无线传感器节点设计分析

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【摘要】因此，对于无线传感器的自供能特性也随之被提上了研究日程。在本文中，笔者针对于实际情况，对传统无线传感器的优缺点进行细致入微的分析，从而根据无线传感器的特性，提出了利用振动所产生的能量转化为电能，以此来为无线传感器进行供电。同时，本文也对自供能无线传感器的设计思路进行了详细的阐释，经过研究表明能够全方位的提升传感器的使用寿命。

【关键词】无线传感器；驱动；自供能

现阶段，随着技术水平的日益提高，传感器已经成为了各种尖端仪器设备中所广泛使用的一种重要的元器件。传感器具有多功能化、智能化、体积小、信息接收快等特点，具有极强的适应性，能够充分的与各种设施设备相融合。并且在近几年来，分布式无线传感器得到了广泛的应用，通过大量的使用这种无线传感器节点所组成的无线传感器网络，以其体积小，环境适应力强等特点，受到了相关人士的广泛关注。与此同时，随着研究的逐渐深入，传统传感器的劣势也越来越凸显出来。一般来说，传统传感器的供能方式一般采用电池供电，这样一来就导致了传统传感器的整体体积变大，同时使用寿命较短，并且还会存在一定程度上的污染。鉴于这种情况，传感器的自供能研究就显得尤为重要。经过研究发现，振动这种能量方式，在各种各样复杂的环境下都能够很好的发挥其作用，因此我们可以采用振动驱动的自供能方式，从而替代无线传感器的电池供电方式，对于传感器节点的性能来说可谓是一个相当大的提升。

1振动驱动的能量收集装置浅析

通过振动驱动的自供能无线传感器，其根本原理就是电磁感应的合理运用。在这个能量收集的过程中，通过振动-电磁能量的收集装置，根据电磁感应的方式，从而使线圈和永磁体发生一定强度的相对振动，这样就使线圈中的磁通量发生变化。通过这种反应形式，就能够产生相应的感应电动势，振动能便能够成功的转化成为电能。图1直线型振动-电磁能量收集装置结构示意图一般来说，我们采用直线型振动-电磁能量收集装置来完成无线传感器自供能的能量收集工作，这种装置的工作机理是通过线圈与永磁体之间的振动位移，从而完成能量的收集工作。具体的结构如图1所示。从图中我们可以看出，这种装置的功能区分可以分为两部分，第一部分是振动能量转换系统，第二部分是磁电能量转换系统。这两部分系统相辅相成，共同构成了整套的振动-电磁能量收集装置。其中，振动能量转换系统的决定因素，是由振动能量的收集效率，以及振子振动的特性所共同决定的。而磁电能量转换系统的决定因素，是由磁电转换效率以及电能输出特性所决定的，这一点需要相关的研究人员着重把握。

2振动驱动自供能无线传感器节点设计的具体方案

对于振动驱动自供能无线传感器节点来说，其最重要的作用之一就是能量的采集与转换，把握住这一点，我们才能够在后续的设计工作中做到性能与耐用性的统筹兼顾。整个自供能无线传感器节点，由振动-电磁能量收集装置、电源管理系统以及控制电路所共同构成。其中振动-电磁能量收集装置是整个节点的能量供应大闸，可以说它是整个节点电力供应系统的枢纽；电源管理系统的主要作用，就是将能量收集装置中所输出的交流信号转化为直流信号，这样后续的控制电路与射频电路便能够直接使用该能量信号；另外我们还要注意一点，那就是能量收集装置在工作过程中会受到输出功率的限制，这样也就导致了能量收集装置无法为后续的电路进行实时供电，这样一来，电源管理系统当中就要安装电能储存装置，从而保障后续电路的工作。而控制电路所要做的就是一个统筹工作，对整个节点的硬件系统进行整体的控制管理，从而确保节点工作的稳定性。在电源管理系统的设计中，我们要着重发挥系统的整流、储能作用。在电源管理芯片的选择上，我们可以采用美国linear公司所生产的型号LTC3588芯片。这种芯片的最大优势，在于其内部能够集成全波桥式整流电路，该类型电路具有损耗低、控制输出电压等优势。在储能装置的选择上，我们采用超级电容作为储能装置.控制电路的设计，可以说是整个设计方案中最为重要，也是要最为小心谨慎的一项设计工作。控制电路所承担的任务中的重要一项，就是对传感器内部的数据进行采集和转换工作。因此这也就造成了控制器需要长时间不间断的工作。鉴于这种情况，我们在控制芯片的选择上，一定要选用功耗相对较低的控制芯片，这样能够最大限度的保障控制电路的稳定运行。

3总结

无线传感器的自供电，是随着技术的发展与完善所必须要去具备的重要特性。本文对振动驱动无线传感器节点设计进行了重点分析。通过上文的设计方案，能够使节点在运行过程中能量的损耗降至最低，同时保证了节点运行的稳定性。是一项具有重要实践意义的研究。作者简介：葛雯，女，电气工程及其自动化专业，硕士研究生。

参考文献

[1]张震,孙士娇,郭徽等.振动驱动自供能无线传感器节点设计研究[J].电脑迷,2017.(11):56.

[2]黄金鑫,张黎,李庆民等.无线传感器网络自供能技术分析[C].中国电机工程学会高电压专业委员会2009年学术年会,2009.

作者:葛雯 单位:西安铁路职业技术学院