无线传感器网络节点及能量获取系统设计

【摘要】：本文以无线传感器网络中能量管理为背景,为提高无线传感器网络的生存能力设计制作了能量获取系统,并结合具体的实际背景,提出一种适合于此应用的网络节点分布的拓扑结构方案。本文首先叙述了无线传感器网络节点的设计,构建出研究的基础平台。此节点采用了Atmel公司的一款无线模块作为节点的核心,载有光照、温湿度和麦克风等传感器,为以后的控制算法的研究以及在实际中的应用提供了硬件平台。之后分析了整个节点的功耗,为实际应用提供具体的参考指标。其次,本文介绍了ZigBee协议,以及基于Zig Bee协议的协议栈Bitcloud的基本运行过程以及电源管理模式,为能量管理的算法的设计奠定良好基础。再次,以节点软硬件平台为基础,介绍了基于太阳能电池的能量获取系统的设计过程。为了提高太阳能电池的输出能量,研究了用于太阳能电池的最大功率点跟踪(MPPT)的控制电路,提出了一种基于光照条件的MPPT控制策略,并对改进后的系统进行了仿真。最后,以枪声声源定位为实际应用背景,设计了无线传感器网络的拓扑分布及分组策略。并且结合前文设计的能量获取系统,及能量管理的算法,分析了整个网络的功耗及生存的寿命。结果表明,采用了能量获取系统后,整个网络能够长时间地生存。
【关键词】：无线传感器网络节点 能量管理 ZigBee 能量获取 太阳能电池 最大功率点跟踪 无线传感器网络拓扑结构
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212.9;TN929.5