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1、毕业设计(论文)外文资料翻译院系：电气工程学院专业：电气工程及其自动化姓名：石明明学号：1003580403(用外文写)外文出处：AnElectromagneticEnergyHarvestingCircuitsforSelf-poweredWirelessSensorNetwork附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语：签名：年月日附件1：外文资料翻译译文一种磁电自供电无线传感器电源管理电路研究摘 要:针对GMM/PZT磁电复合单元将电磁波能量转化为电能时,其输出电能不足以直接驱
2、动无线传感器的问题,设计了基于开关电容网络的电源管理电路,对其充放电特性进行了理论与实验分析。结果表明,该电路可以对电路中储能电容充电积累能量,当能量积累到一定程度,电容瞬间放电为无线传感器工作供电。关键词:自供电;GMM/PZT复合单元;电源管理电路;无线传感器;开关电容网络一．引言近年来,无线传感器网络(WSN)络得到了广泛应用,如对温度、光强、湿度等环境参数的监控、材料与结构的健康监测、野外生物监测等。由于在许多应用程序中一些结构的性质,如轮胎压力和监测汽车运行温度,植入式医疗设备和嵌入式阵
3、列传感器在建筑,micro-sensor阵列系统必须是完全嵌入式结构,没有连接外面的世界物理量。传统的解决方案是使用电池,但电池相当庞大,包含有限的能量,有一个有限的保质期,并包含化学物质，可能会导致危险。在长期存在的系统中的电池更换是困难的和而且在应用程序中完全嵌入的结构中没有某些物理量连接到外部世界。例如,特定的无线传感器网络可以通过使用小功率电路和3v电池1-2年,然而传感器微粒可能不会持续工作很长时间。在其他大型结构(如建筑健康监测),这可能需要大量的传感器,这是不切实际的。为传感器提供动
4、力是电池或通过导线供电。系统依靠的电池使用寿命有限,而系统的自供电有可能有长得多的使用寿，将替代电池，是使用能量收获的方式,将现有的资源能源在其环境转化为电能。自供电的传感器提供了有利的物理连接的约束;此外,分布式阵列传感还具有巨大的潜力。这些将使机器和结构不需要电池维修计划【1-5】。能量存储方式多样。热能，电能，机械能，化学能，以及存储在照片和生物质中的能量，虽然他们的存储方式不一样，但都可以相互转换。在这些不同类型的能源中，电能是现代设备中最常用的一种形式，因为我们可以很容易的通过各种方式将
5、其转变为其它的能量类型。目前能量转换器多种多样，根据其应用的不同为系统提供不同的效用。电磁源无处不在即使在人迹罕至的地方也可以很容易地找到，如空间中。由于条件的限制，电磁自供电系统与其他自供电的方法相比具有很多优点，并可以用于许多特殊的领域，如感应供电的智能卡。因此，使用自供电技术收集和存储微型电磁能的能量是一个有潜力有前景的可再生能源。在设计电磁自供电系统时，最重要的参数是它的物理尺寸和转换效率。系统的大小依赖于系统对能量的需求，但是物理尺寸应该尽可能小以兼容一般的微机系统。然而，除非是在发射器
6、附近，其他区域无线信号的功率密度通常是小于1μW/cm2的，其应用会由于其电量过弱而受到限制。能量收集电路可以将收集或存储的电能用于需要低功耗连续供电或短时间高功耗供电的系统。在振动频率为500KHZ时，一个单一的基于振动自供电的发电机在有效的DSP操作下励磁周期为23ms，消耗的能量为18μW。与直接将机械能转换为电能的方式相比，实现电磁能到机械能再到电能的转换方式收集能量的效率较低。通过对振动式压电发电机的AC-DC或DC-DC的不同转换方式的分析。可以知道综合指数的电荷泵能使微小的输入电压增
7、加，并提供一个更高的输出电压。匹配电路和乘法电路用于自供电系统的状态监测。但是，电磁自供电产生的能量很难驱动无线传感器网络工作，因为与振动供电的压电发电机相比它的输入功率和电压过低，分别为20μW，0.2V。本文提出了一种新的磁电复合单元为无线传感器网络提供能量，该复合单元由压电陶瓷板(PZT)、磁致伸缩Terfenol-D板、超声变幅器构成。本设计能够连续保护，存储，采集或积累弱电磁源产生的能量并在短时间内输出高功率的电源管理电路。该磁电自供电装置可以在弱磁场下驱动一个功率约为75mW的无线传感
8、器网络节点工作。二.无线传感器硬件系统如图1所示，无线传感器由数据处理和控制单元，传感单元，电源单元和通信单元四部分组成，传感单元根据需要可以选择温湿度，光强，低功耗的声音传感器等。数据处理和控制单元选择Atmel公司的超低功耗处理器ATmega32L，ATmega32L是增强型精简指令RISC结构的高速8位单片机。通信单元采用Chipcon公司为低功耗无线应用而设计的单片UHF收发通信芯片CC1100。电源单元由GMM/PZT磁电复合单元和电源管理电路组成，管理电路可以控制传感器
