光伏供电的无线感知节点设计与实现

【摘要】：无线传感网络综合了传感技术、下一代互联网技术和无线通信技术,是物联网技术的重要组成部分。无线感知节点是构建无线传感网络最基础的构件,是一个具有环境量感知、数据处理、无线通信等功能完整的微型计算机系统。在将无线感知节点用于环境监测领域时,遇到了长时间不间断监测带来的挑战,这些挑战对无线感知节点提出了低成本、低功耗、能源自给和感知丰富的要求。 本文从环境监测系统遇到的真实问题出发,在对无线感知节点发展现状充分调研、分析、比较的基础上,结合现有研究条件和技术,设计并实现了具有丰富感知功能的光伏供电无线感知节点。 论文主要完成了以下工作： (1)对室外复杂环境中的无线感知节点进行需求分析,运用模块化设计思想,提出利用MSP430F1611和CC2420为核心芯片的基本节点设计方案,集成多种传感器的感知方案和采用光伏电源的供电方案。 (2)按照模块化设计的思路,完成无线感知节点主体模块的电路设计、PCB设计,并实现了原型节点；基于丰富的感知能力这一需求,感知模块集成六种传感器；为满足节点能源自给的要求,选配光伏电源组件,设计并实现低功耗电源调控电路。 (3)利用相应的测试程序和平台,完成了无线感知节点各部分的功能测试。经测试,节点各功能模块均能正常工作。所实现的光伏电源供电的无线感知节点达到了电能自持,感知量丰富,可灵活扩展等设计目标。 【关键词】：无线感知节点 传感器 光伏电源 电路设计
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 环境监测网络10-12
• 1.3 无线感知节点现状12-14
• 1.4 本文工作和主要内容14-15
• 第二章 节点总体设计15-22
• 2.1 需求分析16
• 2.2 无线感知节点总体设计16-20
• 2.2.1 处理单元17
• 2.2.2 无线收发单元17-18
• 2.2.3 处理与无线收发主芯片定型18-19
• 2.2.4 感测单元19
• 2.2.5 电源模块19-20
• 2.2.6 扩展接口20
• 2.2.7 辅助模块20
• 2.3 微操作系统20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 节点主体的设计与实现22-32
• 3.1 无线感知节点电路设计22-27
• 3.1.1 EDA设计软件DXP22-23
• 3.1.2 无线收发模块电路23-25
• 3.1.3 处理模块及扩展接口电路25-27
• 3.1.4 程序烧录模块27
• 3.2 无线感知节点PCB设计27-31
• 3.2.1 PCB板层设置及布线28
• 3.2.2 PCB设计与焊贴28-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 节点感知模块设计与实现32-43
• 4.1 二氧化碳传感器模块32-33
• 4.2 温湿度传感器与光照传感器模块33-35
• 4.3 磁阻传感器模块35-38
• 4.4 超声波测距传感器模块38-40
• 4.5 粉尘颗粒物传感器模块40-42
• 4.6 本章小结42-43
• 第五章 光伏电源的设计与实现43-52
• 5.1 节点功耗分析43-44
• 5.1.1 处理单元功耗43
• 5.1.2 无线收发单元功耗43-44
• 5.1.3 负载不同传感器的节点功耗44
• 5.2 光伏电源设计44-49
• 5.2.1 光伏电池板45-46
• 5.2.2 储能装置46-47
• 5.2.3 电源调控电路设计47-49
• 5.3 光伏电源实现49-51
• 5.4 本章小结51-52
• 第六章 测试52-67
• 6.1 测试软件介绍52-57
• 6.1.1 开发语言52-53
• 6.1.2 节点配置53
• 6.1.3 无线通信53-54
• 6.1.4 数据收集与存储54-57
• 6.2 节点主体测试57-60
• 6.2.1 功能性测试57-60
• 6.2.2 性能测试60
• 6.3 感知功能测试60-64
• 6.3.1 温湿度与光照度传感模块测试60-62
• 6.3.2 磁阻传感模块测试62-63
• 6.3.3 二氧化碳传感模块63-64
• 6.4 光伏电源测试64-66
• 6.4.1 光伏电源阴雨天供电测试64-66
• 6.4.2 光伏电源负载不同功耗传感节点能力测试66
• 6.4.3 电源硬件电路测试66
• 6.5 本章小结66-67
• 第七章 结论67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
• 致谢71

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