滴灌无线控制终端节点的电能无线传输技术研究.pdf

《滴灌无线控制终端节点的电能无线传输技术研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、StudyonWirelessPowerTransferoftheWirelessControlTerminalNodeinDripIrrigationADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByLiXin-heng(AgriculturalElectrificationandAutomation)DissertationSupervisor:Prof.GongLi-jiaoJune,2018摘要

2、随着无线传感器网络技术在农业滴灌、环境检测等领域的应用，极大提高了农田滴灌领域的监测和控制水平，在影响其使用寿命的因素中，终端节点设备的电能供应问题成为影响该技术发展的瓶颈。采用电池供电，其续航能力差、工作寿命短等缺点，严重制约了滴灌无线传感器网络技术工作的可靠性。目前，磁耦合谐振式无线电能传输技术以其传输距离远、效率高、安全可靠等优点，使得对滴灌终端节点设备的无线供电成为可能，以提高滴灌无线传感器节点设备的工作寿命。针对上述问题，本文首先对滴灌无线控制终端节点设备的用电需求进行了分析，提出了电能无线传输系统设计的总体要求。针对平面螺旋线圈构成的两线圈结构磁耦合谐振式无线电能

3、传输系统机理进行了分析，利用互感耦合模型和等效电路理论，推导出系统传输功率和效率的数学表达式，并借助有限元仿真软件进行建模和仿真分析。对于两线圈传输系统结构上的不足，建立了四线圈结构传输系统模型，并对影响其性能的主要参数进行了理论推导和仿真分析。同时对含有多中继线圈结构的传输系统的频率和距离特性进行分析，得出其系统传输功率和效率与频率分裂和偏移特性之间的变化关系。其次，基于磁耦合谐振式无线电能传输系统的传输特性，设计了系统硬件电路，包括信号发生电路、功率放大电路、整流电路、滤波电路、稳压电路以及电池充电电路，并结合平面螺旋线圈的高频特性参数，设计用于滴灌无线控制终端节点设备的

4、无线供电电路。最后，根据滴灌无线控制终端节点设备的用电需求，搭建了电能无线传输系统实验平台，研究了该系统的频率特性、负载特性、方向特性以及含中继线圈结构的传输特性，后续并对系统的接收端能量转换稳压输出特性进行了分析，实验得出：对于所设计的平均直径为19.08mm的平面螺线线圈构成的磁耦合谐振式能量传输系统，其传输距离可在30mm的移动范围内保证稳定的5V输出电压，且传输功率可达到0.5W，能够满足滴灌传感器节点设备的用电需求。关键词：无线传感器节点；磁耦合谐振；无线电能传输；有限元仿真IAbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesssens

5、ornetworktechnology,theapplicationinthefieldofagriculturaldripirrigationandenvironmentaltestinghasgreatlyimprovedthelevelofmonitoringandcontroloffarmlanddripirrigation,andamongthefactorsaffectingitsservicelife,thepowersupplyproblemofterminalnodeequipmenthasbecomethebottleneckrestrictingthed

6、evelopmentofthistechnology.Thereliabilityofdrip-irrigationWSNisseriouslyaffectedbythedisadvantagesofbatterypowerandshortservicelife.Atpresent,wirelesspowertransfer（WPT）viamagneticcouplingresonanttechnologyforitslongtransferdistance,highefficiency,securityandsoon,makesitpossibleforthewireles

7、sdripirrigationterminalnodeequipment,andcaneffectivelyimprovethdripirrigationwirelesssensornodeequipmentworkinglife.Firstly,theelectricitydemandofdripirrigationwirelesscontrolterminalequipmentisanalyzed,andtherequirementsforthedesignofWPTsystemarepropose