可充电无线传感器网络充电车充电网络设计(附件)
针对无线传感器网络节点的供电问题，设计了安装在充电车上的充电网络。利用无线充电技术进行能量收集与供给，给充电车自身以及感知节点的电池进行供电。包括给多个锂电池充电器充电的接口电路，无线充电电路、能量转换电路等。其中，接口电路用于给多个为感知节点的电池充电；无线充电电路用于为小车搭载的蓄电池充电；能量转换电路是将电压进行升降控制。经过多次实验与调试，无线充电模块实现了电能的传输，接口电路实现了对多个锂电池充电的功能。该系统基本实现了可充电无线传感器网络充电车充电网络的的设计目标。关键词 无线充电，A/D采样，PWM ，多路输出，充电网络
目 录
1引言 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究与发展现状 1
1.2.1无线充电技术 1
1.2.2无线充传感器网络供电技术 3
1.2.3锂离子电池充电技术 4
1.3课题主要研究内容 4
2课题总体设计 5
2.1需求分析 5
2.1.1功能需求分析 5
2.1.2性能需求分析 5
2.2 方案设计 5
2.2.1方案选择 5
2.2.2系统组成 6
3硬件设计 7
3.1硬件总体设计 7
3.2无线充电模块硬件设计 7
3.2.1无线充电方案设计 7
3.2.2无线充电发射模块 10
3.2.3无线充电接收模块 14
3.3多路输出模块 17
3.3.1锂电池充电方式 17
3.3.2接口电路 18
3.4本章小结 19
4程序设计 19
4.1软件程序结构设计 19
4.2 PWM产生模块程序设计 20
4.3 ADC采集模块程序设计 21
5系统测试 23
5.1硬件制作 23
5.2硬件测试 25
5.2.1无线充电模块测试与分析 26
5.2.2充电接口模块测试与分析 30
结 论 31
致 谢 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2
参考文献 33
1引言
1.1研究背景及意义
无线传感器网络是由大量传感器节点构成的大规模的、无基础设施支持的、自组织的网络[1]。这些传感器节点需要具有通信和计算的能力，它们被以无线的连接方式散播在各种特定的工作区域，通过同构节点间的无线、多跳通信传递信息，而且被要求有尽可能长的工作时间。
由于无线传感器网络节点的体积较小，除去其本身携带的各种传感器等器件，只能携带体积质量有限的电池，因此能储存的能量也就很少，导致传感器节点在工作后，容易因供电电池电量不足而导致节点通信故障。要使无线传感器网络能长期工作，必须考虑节点的能源问题[2]。
面对无线传感器网络中节点往往被散播在很广的区域内，以及无基础设施支持和周围环境复杂等的情况，对于已经部署好的传感器节点，通过人为进行电源补偿会提升成本十分不方便[3]，而通过无线充电技术可以有效解决电量补给的难题。所以可以提出一种用于无线传感器网络的无线充电设备。
但是，如果为每个传感器节点配置无线充电设备，也是不切实际的。为了降低成本，需要引入一种适用于无线传感器网络的充电网络。
此充电网络由无线充电小车与可分离的无线充电电池组成，通过充电网络利用可分离的无线充电电池对节点电池进行电源补偿。所以对可充电无线传感器网络充电车充电网络的研究十分必要。
1.2国内外研究与发展现状
1.2.1无线充电技术
从一百多年前，特斯拉开启对无线电能传输的探索。2006年MIT学者通过研究实证了特斯拉磁谐振无线电能传输的设想。国内对无线电能传输的研究始于2003年，从感应式到谐振式进行了深入探索。虽然企业界和学术界都对无线充电技术抱有一定热忱，研究出各式各样的无线充电产品，单无线充电距离普及依然有一段距离[4]。
无线电能传输技术主要可分为以下三种基本形式：
图11 无线电能传输技术分类
第一种，感应式无线电能传输技术。
基于电磁感应原理，将发射线圈和接收线圈置于非常近的距离，感应功率传输通过在发射器线圈中创建交变磁场（磁通）并将该磁通量转换为接收器线圈中的电流来工作[5]。根据发射线圈和接收线圈之间的距离，发射线圈产生的磁通量中只有一小部分穿过接收线圈。到达接收器的通量越多，线圈耦合得越好[6][7]。
图12 电磁感应无线电力传输系统模型
第二种，谐振式无线电能传输技术。
它是基于磁谐振原理，在近场范围内，共振装置（电感器和电容器）使发射器和接收器达到特定频率，从而产生磁场共振，从而传输能量[8][9]。
/
图13 谐振无线电力传输系统模型
第三种，微波式无线电能传输技术。
它的基本原理是：两个天线距离较远，通过发射天线将转换成微波的电能发射出去，微波被接收天线接收后转换成电能提供给负载，实现远距离的无线电能传输[10]。此外，还有基于射频技术、基于激光技术、基于超声波技术等的无线电能传输技术，它们的原理都类似于微波传输技术的原理[10][11]。
图14 谐振无线电力传输系统模型
到目前为止，最具有发展和应用前景的是感应式无线电能传输技术，同时还有近些年发展起来的谐振式无线电能传输技术[12]。几种无线电能传输技术因为原理不同，性能也是存在差异的，适用于不同的场景[13]。
表11 无线电能传输技术形式
电磁感应式
磁共振式
无线电波式
目 录
1引言 1
1.1研究背景及意义 1
1.2国内外研究与发展现状 1
1.2.1无线充电技术 1
1.2.2无线充传感器网络供电技术 3
1.2.3锂离子电池充电技术 4
1.3课题主要研究内容 4
2课题总体设计 5
2.1需求分析 5
2.1.1功能需求分析 5
2.1.2性能需求分析 5
2.2 方案设计 5
2.2.1方案选择 5
2.2.2系统组成 6
3硬件设计 7
3.1硬件总体设计 7
3.2无线充电模块硬件设计 7
3.2.1无线充电方案设计 7
3.2.2无线充电发射模块 10
3.2.3无线充电接收模块 14
3.3多路输出模块 17
3.3.1锂电池充电方式 17
3.3.2接口电路 18
3.4本章小结 19
4程序设计 19
4.1软件程序结构设计 19
4.2 PWM产生模块程序设计 20
4.3 ADC采集模块程序设计 21
5系统测试 23
5.1硬件制作 23
5.2硬件测试 25
5.2.1无线充电模块测试与分析 26
5.2.2充电接口模块测试与分析 30
结 论 31
致 谢 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
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参考文献 33
1引言
1.1研究背景及意义
无线传感器网络是由大量传感器节点构成的大规模的、无基础设施支持的、自组织的网络[1]。这些传感器节点需要具有通信和计算的能力，它们被以无线的连接方式散播在各种特定的工作区域，通过同构节点间的无线、多跳通信传递信息，而且被要求有尽可能长的工作时间。
由于无线传感器网络节点的体积较小，除去其本身携带的各种传感器等器件，只能携带体积质量有限的电池，因此能储存的能量也就很少，导致传感器节点在工作后，容易因供电电池电量不足而导致节点通信故障。要使无线传感器网络能长期工作，必须考虑节点的能源问题[2]。
面对无线传感器网络中节点往往被散播在很广的区域内，以及无基础设施支持和周围环境复杂等的情况，对于已经部署好的传感器节点，通过人为进行电源补偿会提升成本十分不方便[3]，而通过无线充电技术可以有效解决电量补给的难题。所以可以提出一种用于无线传感器网络的无线充电设备。
但是，如果为每个传感器节点配置无线充电设备，也是不切实际的。为了降低成本，需要引入一种适用于无线传感器网络的充电网络。
此充电网络由无线充电小车与可分离的无线充电电池组成，通过充电网络利用可分离的无线充电电池对节点电池进行电源补偿。所以对可充电无线传感器网络充电车充电网络的研究十分必要。
1.2国内外研究与发展现状
1.2.1无线充电技术
从一百多年前，特斯拉开启对无线电能传输的探索。2006年MIT学者通过研究实证了特斯拉磁谐振无线电能传输的设想。国内对无线电能传输的研究始于2003年，从感应式到谐振式进行了深入探索。虽然企业界和学术界都对无线充电技术抱有一定热忱，研究出各式各样的无线充电产品，单无线充电距离普及依然有一段距离[4]。
无线电能传输技术主要可分为以下三种基本形式：
图11 无线电能传输技术分类
第一种，感应式无线电能传输技术。
基于电磁感应原理，将发射线圈和接收线圈置于非常近的距离，感应功率传输通过在发射器线圈中创建交变磁场（磁通）并将该磁通量转换为接收器线圈中的电流来工作[5]。根据发射线圈和接收线圈之间的距离，发射线圈产生的磁通量中只有一小部分穿过接收线圈。到达接收器的通量越多，线圈耦合得越好[6][7]。
图12 电磁感应无线电力传输系统模型
第二种，谐振式无线电能传输技术。
它是基于磁谐振原理，在近场范围内，共振装置（电感器和电容器）使发射器和接收器达到特定频率，从而产生磁场共振，从而传输能量[8][9]。
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图13 谐振无线电力传输系统模型
第三种，微波式无线电能传输技术。
它的基本原理是：两个天线距离较远，通过发射天线将转换成微波的电能发射出去，微波被接收天线接收后转换成电能提供给负载，实现远距离的无线电能传输[10]。此外，还有基于射频技术、基于激光技术、基于超声波技术等的无线电能传输技术，它们的原理都类似于微波传输技术的原理[10][11]。
图14 谐振无线电力传输系统模型
到目前为止，最具有发展和应用前景的是感应式无线电能传输技术，同时还有近些年发展起来的谐振式无线电能传输技术[12]。几种无线电能传输技术因为原理不同，性能也是存在差异的，适用于不同的场景[13]。
表11 无线电能传输技术形式
电磁感应式
磁共振式
无线电波式
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