基于综合环境能量采集的自供电飞行器无线传感器

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1、中图分类号：TN911.23论文编号：102870116-S105学科分类号：080402硕士学位论文基于综合环境能量采集的自供电飞行器无线传感器研究生姓名毛世杰学科、专业测试计量技术及仪器研究方向能量收集传感器指导教师陈仁文教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringAircraftSelf-poweredWirelessSensorsBasedonMultipleEnvironmentalEn

2、ergyHarvestAThesisinMeasurementtechniqueandinstrumentbyShijieMaoAdvisedbyProf.RenwenChenSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecenmber,2015承诺书本人声明所呈交的硕±学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位

3、或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可将学位论文的全部或部、分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：名後玉＇＾日期：ＸＯ化乂／？ｋ南京航空航天大学硕士学位论文摘要飞行器的工作环境既恶劣又复杂，如果不能对飞行器工作情况进行实时的监测和控制，将会严重威胁到飞行安全。分布式无线传感器网络（WSN）常用于结构的在线监测，但是其供电多采用干电池，无法保证传感器节点长期工作。节点的供电问题已经成为无线传感网络技术发展的主要瓶颈，能量供给技术已经成为该技术的核心

4、课题之一。论文在对飞行器典型环境进行调研的基础上，分析了飞行器工作过程中振动能和温差能的分布和特点；然后，确定了综合能量采集的热-电、机-电转换方案，研究了它们的输出特性；提出了针对温差发电装置（TEG）的最大功率点跟踪（MPPT）方案。该方案使用脉宽调制技术（PWM）控制Buck-Boost电路产生无功率消耗的虚拟阻抗匹配内阻，实现最大功率跟踪；提出了适用于无线节点功率的低功耗测量方案；为解决压电材料输出电压远低于热电材料的问题，本文提出了基于同步电荷提取方法的升压采集方案。该方案运用模拟开关技术降低控制系统的功耗，在升压的同时不影响压电材料的输出功率。本文设计了综合能量存储稳压模块，

5、保证在不同环境能量以及不同工作状态下能量收集模块均可以向储存能量的超级电容充电。在此基础上提出了一种工作在系统掉电模式下的启动电路，在单片机上电后打开高效能量收集通道，自动关闭启动通道。最后，制作了无线传感器样机，并对样机进行了测试；实验结果表明本文提出的控制方案可以有效的提高能量收集的效率和输出的电功率，并且可以在实验室条件下实现自供电稳定工作。关键词：飞行器；环境能量收集；自供电；最大功率点跟踪；压电升压；综合储能；本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I基于综合环境能量采集的自供电飞行器无线传感器ABSTRACTTheworkingenvironmentofaircraf

6、tisadversandcomplex.Itwillseriouslythreatentheflightsafetywithouttestandcontroloftheaircraftworkingcondition.Distributedwirelesssensornetworkusingbatteryiscommonlyusedintheon-linetestofstructures.Butbatterycan’tsupplythesensornodeforalongtime.Theproblemofpowersupplyhasbecomethemainbottleneckofthe

7、developmentofwirelesssensornetwork.Andenergysupplytechnologyhasbecomeoneofthecoreissuesofthetechnology.Firstly,thetypicalenvironmentofaircraftisinvestigatedtogetthedistributionandcharacteristicsofthevibrationandthermal