室外传感器网络节点微太阳能电源系统电池驱动设计

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1、2011年第3O卷第l期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)97室外传感器网络节点的微太阳能电源系统电池驱动设计李珂，马骋，熊剑平，贾惠波(清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京100084)摘要：开发了一种新型用于室外传感器网络节点的微太阳能系统。在系统中，太阳能电池板将太阳能转换为电能，并存储于新型低自放电率的镍氢AAA电池中。为进一步延长电池的使用寿命，系统设计过程中采用了电池驱动的设计方法。超过4周的测试结果表明：本设计具有高可靠，低成本

2、和高可行性等优势。关键词：无线传感器网络；微太阳能电源系统；电池驱动设计中图分类号：TK212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)01-0097--03Designofabattery·drivenmicro--solarpowersystemforoutdoorsensornetworksnodesLIKe，MACheng，XIONGJian—ping，JIAHui—bo(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasurementTechnologyandInstr

3、uments，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Anovelmicro—solarpowersystemsforoutdoorsensornodesisdeveloped．Inthissystem，asolarcellconveysthesunlightintoelectricalenergypowerwhichisstoredintoanewtypeofbatterypackconsistingoflowself-dischargerateNi

4、MHAAAsizebatteries．Inordertogetanextraimprovementofbatterylife，battery-drivendesigntechnologiesareusedinthedesignprocessofthesystem．Theresultsoffieldtestlastingmorethan4weeksshowthatthisnewsystemhasadvantageofreliabitity，lowcostandeasytoimplement．Keywords：

5、wirelesssensornetworks(WSNs)；micro—solarpowersystem；battery—drivendesign0引言电源管理电路构成。充电电池有其自身的寿命，电池失效长期自主地监测野外环境，如，对气温、土壤湿度等是后，节点将随之“死亡”。因此，设计微太阳能系统的主要无线传感器网络(wirelesssensornetworks，WSNs)的一个重考虑因素之一是如何提高充电电池的寿命。研究表明：充要应用领域。在这类应用中，大量传感器节点被部署于广电电池的寿命受多种因素影响，尤其

6、是电池充放电的使用阔的目标地区，监测时间往往长达数月甚至数年。传感器方法。节点一般由电池供电，电池能源的耗尽即代表该节点的死电池驱动系统设计是指在系统设计过程中充分考虑电亡。池及其特点的设计方法，被认为是在传统低功耗设计方法上进一步延长电池寿命的方法J。基于电池驱动设计技为延长节点的使用寿命，多种降低功耗的方法已经被术，本文设计了一种新型用于室外传感器网络的微太阳能提出，如，数据压缩技术和低功耗路由技术等，但任何降低系统。持续4周的测试结果表明：该系统具有高可靠，低成功耗的方法都不能彻底解决节点寿命有限的问

7、题。本和高可行性等优势。可再生能源的利用，如，太阳能、振动、潮汐、和风能等1微太阳能电源系统结构的利用，被认为是解决上述问题的可行方案。对于室外系微太阳能电源系统的基本结构如图1所示。在此系统统，太阳能具有技术相对成熟，能量密度较大等优势，被认中，太阳能电池将太阳能转换为电能，并经过输人稳压器存为是为节点提供额外能源的可行方法。同时大部分地储于能量存储单元。输出稳压器将能量存储单元的输出电区一天都会有数小时的日照时间，而其他能源，如潮汐等，压进行转换，为负载提供稳定的电源。对使用地点有苛刻的要求。2负载描述

8、一个典型的微太阳能系统由太阳能电池，充电电池和微太阳能电源系统的负载，即无线传感器网络中的传收稿Et期：2010-05—18传感器与微系统第30卷两节AAA爱乐普镍氢电池的容量充满点情况下可以提供1920mWh电能。也就是说，即使在每3个月自放电l0％的情况下，两节电池依然可以满足节点超过4个月的能量需求。对于太阳能电池的选择，为防止阴雨天等连续恶劣天图1微型太阳能能源系统典型结构气，可认为太阳能电池每天产生的能