基于熱電能量采集的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低成本、自組織、便于安裝等優(yōu)點，被廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、建筑安全監(jiān)測等領(lǐng)域，并開始向工業(yè)領(lǐng)域滲透。與傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)相比，利用工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Industrial wireless sensor networks,IWSNs)所構(gòu)建的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)具有成本較低、安裝方便等優(yōu)點。但是，目前 IWSNs節(jié)點多采用電池供電，電池容量和節(jié)點壽命有限。頻繁更換電池將大大增加系統(tǒng)維護工作量，這已成為制約IWSNs推廣應用的關(guān)鍵因

2、素。
　　利用能量采集(Energy Harvesting)技術(shù)，將環(huán)境中其他形式的能量，如熱能、振動等，轉(zhuǎn)化為電能供節(jié)點使用，是近年來提出的解決IWSNs節(jié)點供電問題的一種新方法。該領(lǐng)域的研究具有重要理論和實際應用價值?？紤]到電廠等大型工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場存在大量熱壁，能為熱電能量采集提供了充足的熱源，本論文主要研究基于熱電能量采集的IWSNs。論文的具體工作如下：
　　1．在了解和分析熱電模塊工作原理和內(nèi)部參數(shù)特性的基礎(chǔ)上，選取

3、TGM-287-1.0-1.3熱電模塊為研究對象，在有限元軟件上建立了熱電模塊模型，并進行了仿真實驗。仿真分析了熱電模塊在不同冷熱端溫差條件下，固定溫差不同負載電阻條件下，以及加裝散熱片后的輸出特性。
　　2．針對實際應用中，熱電模塊冷熱端溫差較小，輸出電壓、功率不高且易波動的特點，設(shè)計開發(fā)了為IWSNs節(jié)點供電的新穎熱電能量采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括熱電能量收集裝置和電能轉(zhuǎn)換電路兩部分。熱電能量收集裝置主要由熱電模塊、隔熱材料、銅制散

4、熱片以及輔助器件組成。電能轉(zhuǎn)換電路主要由升壓電路、超級電容、降壓電路等組成。
　　3．設(shè)計開發(fā)了基于熱電能量采集的自供電IWSNs熱壁溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括終端節(jié)點，協(xié)調(diào)節(jié)點和上位機。終端節(jié)點是由K型熱電偶，放大電路，Jennic JN5139模塊等組成。終端節(jié)點測到的熱壁溫度，經(jīng)協(xié)調(diào)節(jié)點上傳至上位機顯示。
　　4．設(shè)計搭建了相應的實驗平臺，并對所研發(fā)的基于熱電能量采集的自供電IWSNs熱壁溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行了大量測試驗