无线传感器网络wsn供能研究背景及意义

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1、无线传感器网络WSN能量补充研究的简单介绍20世纪90年代以来具有感知、计算和无线网络通信能力的传感器以及由其构成的无线传感器网络WirelessSensorNetwork（WSN）开始在世界范围内出现引起了人们的极大关注。WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的无线网络其目的是借助于节点中内置的形式多样的传感器协作地实时感知和采集周边环境中众多的信息并对这些信息进行处理可以使人们在任何时间、绝大多数地点和多种环境条件下获取大量详实而可靠的信息。从硬件上看WSN节点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及能量单元组成通常尺寸很小具有低

2、成本、低功耗、多功能等特点从软件上看它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心进行处理、分析和转发。无线传感网络是由低成本、密集型、随机分布的节点组成的自组织性和容错能力使其不会因为某些节点损坏而导致整个系统的崩溃无线连接使其部署几乎不受监测对象的影响维护成本非常低。因此这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、环境监测、医疗卫生、智能家居、制造业等领域。如可以利用无线传感网络及时准确地侦察和探测核、生物和化学攻击避免侦查人员直接暴露在危险的环境

3、中从而最大可能地减小伤亡。无线传感网络的巨大应用价值引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时将无线传感器网络WSN列为第一项未来新兴技术《商业周刊》预测的未来四大新技术中无线传感器网络也列入其中。可以预计无线传感器网络的广泛是一种必然趋势它的出现将会给人类社会带来极大的变革。我国政府非常重视无线传感网络的研究。在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要2006-2020年》中传感器网络及智能信息处理被列为信息产业的优先主题智能感知和自组织网络则被列为信息技术的前沿技术13。2006年科技部又将无线传

4、感网络的基础理论及关键技术研究列入国家重点基础研究发展计划“973”计划。在信息产业部公布的《信息产业科技发展“十一五”规划和2020年中长期规划纲要》中明确将无线传感等技术列为我国“十一五”期间重点建设突破的领域能够形成一批具有自主知识产权的核心技术和创新产品基本满足国内应用对技术与产品需求形成较为完整的产业链。虽然无线传感器网络的应用前景十分美好但是电能供给方式却成为制约其发展的一大问题。一般情况下采用电池对各种微型器件供电但传统电池具有一些无法改变的供能缺陷：体积大质量大供能寿命有限能量耗尽需重复充电。但事实上在很多无线传感器网络中，使用和替换电

5、池，即便是长寿命型的电池，也是不切实际的。因为传感器节点常被安装在不可回收的位置，此外，更换数以百计电池的工作量和成本也是不可承受的。随着网络分布的广泛微器件数目越来越庞大并且由于有些微器件的工作位置难以再触及比如人体内战场动物群体电池更换变得极为不便甚至于不可能尽管传统电池在储能密度和使用寿命不断提高传感器的能耗也在通过各种节能技术和算法降低但都只能延长无线传感器的使用寿命而不能根本解决问题。可见采用传统供电方式对于无线网络而言是既不经济也不现实的。由于这些限制，系统的设计师和工程师们正在寻找一种可供选择的长寿命的能量投递方法运用到无线传感器网络中去

6、。在我们生活的物质空间里可能存在着各种潜在的可以利用的能源例如太阳光能、风能、热能、机械振动能、声能、电磁场能等。在小小的传感器网络节点上收集储存这些能源就能从根本上解决无线传感器的能量供给问题是近年来许多科学家努力研究的焦点问题之一。　　这里简单介绍利用太阳能、机械振动能、电磁场能三种方式为传感器进行供能。1太阳能供电无线传感器太阳能供电系统设计的关键问题是通过太阳能电池板对锂电池进行充电，同时需要实时检测充电电压和充电电流，避免因过充而导致锂电池永久性损坏;此外还需要设计锂电池放电保护电路，对放电电压进行实时监测，防止过放电导致锂电池损坏。太阳能供

7、电系统主要由太阳能电池板、可充电锂电池、充电控制器和放电保护电路组成。由于太阳能电池板的输出电压不稳定，传统的太阳能供电系统往往因为锂电池充放电管理不合理，导致锂电池使用寿命大大缩短。本文提出了一种基于太阳能的ZigBee无线传感器网络节点供电系统设计。该系统能够自动管理锂电池的充电过程并进行有效的能量储存，通过对电池电压的监测避免锂电池过度放电，以达到延长锂电池寿命的目的。此外由于ZigBee无线传感器网络节点所需电压为3.3V，而锂电池的工作电压一般在3.6～4.2V(正常放电电压为3.7V，充满电时的电压为4.2V)，所以需要DC-DC转换芯片产

8、生所需要的工作电压。对于ZigBee无线传感器网络节点而言，首先要考虑的是低功耗。这里选用TI