研電賽-小梅菜第十一屆電子設(shè)計競賽

最佳負載與其匹配，達到最高效率整流，降低；采用P2110電源管理，進行電壓管理，達到用電設(shè)備供電要求；采用超低功耗單片機功耗為65mW。測試了不同情況下，節(jié)點正常工作時的距離以及數(shù)據(jù)誤差。當微波為4W，能量收發(fā)距離為70厘米，微波為2W，能3510：微波輸能，無線傳感網(wǎng)絡(luò)，無線供電，低功耗2Thisdesignapplysmicrowavepowertransmissiontechnologytothewirelesssensornetwork,realizesthedoublefunctionofwirelesspowersupplyandtheestablishmentofcommunicationatthesametime.Thesystemconsistsoffourparts,suchasmicrowaveenergytransmittingterminal,microwaveenergyreceivingterminal,sensornodes,wirelesscommunicationtransceivermodule,and,andPCdisy.Designhighefficiencyrectifyingantennaarrayindependently,therectifierpeakefficiencyis66%.Adopttheexperimentalmethodtotestingthebestinputimpedanceofelectricalequipment,makethebestmatchingwithrectenna’soptimalload,soastoachievethehighestefficiencyofrectification,reducetransmissionpower.AdoptP2110powermanagementchiptomanagementingvoltageandmeetingtherequirementsofelectricalequipmentpowersupply.UsingultralowpowerconsumptionMCUMSP430F5529,lowpowersensors,reducethepowerconsumptionofthenormalworkofthenode,thenodeworkproperlywhenthepoweris65mw.Whenthedifferenttransmissionpower,testingnodedistanceanddataerrorinnormalworkingconditions.Whenthetransmissionpoweris4W,microwaveenergytosendandreceiveadistanceof70cm,microwavetransmissionpoweris2W,energyanddistanceof35cm,sensornodeandterminalwirelesscommunicationdistanceismorethan10meters,sensordataerrorinallowedrange;Thewholesensornetworkincludesthreenodesandaterminal,thenumberofnodescanincreaseindefiniy,andcanbemanuallysetthenodenumber.Thissystemcancollectsomeinformation,suchastemperature,humidity,nodenumber,andthepowerconsumption.Workingnormallywithoutextrabatteryisthebiggestadvantageinthissystem,whichcanbeusedinenvironmentalmonitoring,RFID,portablewirelesspowersupply,medicalequipment,drillingandpipeuntetheredrobotsandotherfields,whichshowsgreatapplicationpotentialandbusinessprospects.:microwavepowertransmission;wirelesssensornetworks;wirelesspowersupply;lowpowerconsumption3 引 第一章作品難點與創(chuàng) 第二章方案論證與設(shè) 第四章軟件設(shè)計與流 傳感器 4W情 2W情 第六章總結(jié)與展 引微波輸能（MicrowavePowerTransmission，MPT）1MPT技術(shù)打破了通過電纜傳輸能量的傳統(tǒng)模式，提供了一種新型的傳輸方式。對于MPT，早期具有代表性的工作有雷聲公司的W.C.Brown在上世紀60年代初完成的一個實驗，該試驗將射頻50英尺的高度飛行了10個小時，這是MPT史上一個重要的里程碑。70年代，和相繼提出能（SolarPowerSalite，SPS）計劃，即在地球靜止同步軌道再通過MPT技術(shù)輸送至地球，可有效的解決地球能源問題。2090MPT技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，如電子RFID、無線傳感器WSN、無線充電等等，同時在人工的新型供電方式，符合時代“綠色能源”、“環(huán)境友好”的理念。 第一章點與創(chuàng)積也就意味著減小接收功率，降低效率，需衡功率與體積；絡(luò)、RFID等領(lǐng)域。主要有以下創(chuàng)新點：前景，在RFID、便攜式設(shè)備無線充電、無源傳感網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中具有獨特的優(yōu)勢。yongdian設(shè)備的要求，需要將能量進DC-DC升壓有較成，經(jīng)過功能比較，本設(shè)計采用Powercast公司的P2110。整流天線輸出電壓首先給超級電容充電，當超級電容電壓達到設(shè)定的閾值時(此時的電量夠后續(xù)單片機工作一個周期或多個周期)，DC-DC升壓開始工作，將其升到3.3V或者5V，達到單片機工作要求。MSP430單片機。MSP430F552916位單片機，采用了精簡指令集16MHz62.5ns，這些特點保證了可編制出高效612位AD轉(zhuǎn)換接口，可供多個傳感器同時工作，從而降低成本，減小體積，便于靈活433，NRF24L01等通信模塊。的藍牙4.0通信速率在1M左右及以下，同時藍牙通信需要1-3s建立連接，建立連接的過程中，功耗較大，不能滿足系統(tǒng)要左右。433433MHz作為通信載波頻率，適合于遠距離通信，同時第三章原理分析與硬3-1所示，由發(fā)射端和接收端構(gòu)成。其中發(fā)射端包含通信的接收系統(tǒng)。發(fā)射系統(tǒng)將電能(或其他形式的能量轉(zhuǎn)化成微波能量發(fā)射ηtRFDCηr；自3-1線輻射到空中導(dǎo)致能量損耗從而降低轉(zhuǎn)化效率；直通濾波器的作用是讓直流通）量系統(tǒng)框圖如圖3-3所示，其中20dB的耦合器將功放的輸出功率分為兩個支應(yīng)的衰減器，本設(shè)計擬定整流電路輸入功率為100mW，所以較大，而功率計量-70dBm至-20dBm，所以需添加60dB的衰減器，確保衰減后的信20dB耦合喇叭大小為功率計讀出值的100倍。3-3D 其中為工作輸入功率為Pt，那么在自由空間某一點的功率密度為：SPtGt

若接收天線增益為Gr，則其有效ArGr

其中p為發(fā)射天線與接收天線間的極化效率。發(fā)射喇叭是線極化天線，如果接所以，整流天線的RF-DC（RadioFrequency-DirectCurrent）轉(zhuǎn)換效率r為 VrDC Rload其中Rload和Vo分別是直流負載上得到的直流功率和電壓3-4C波段。雙層縫隙耦合結(jié)電路對天線的影響大大減小。接收天線上層采用厚度h21.5mm，介電常數(shù)r2.65F4B-2介質(zhì)板,下層板厚h10.8mm3-5 MA4E1317二極管，其結(jié)電阻、結(jié)電容較小，其反向截止電壓實測有11V左右，結(jié)構(gòu)如圖3-6線背面，整流電路采用介質(zhì)板的介電常數(shù)r=2.65h=0.8mmADS軟件優(yōu)化出效率最高時的各個T型枝節(jié)和微帶線的尺寸。 圖3-6整流電路()接收天線的組陣；(b)直流合路再2237(a)正 (b)背 2×2并聯(lián)陣列實物求，這就需要進行電源管理。我們選用Powercast公司P2110。圖3-8給出了其原理圖。實際應(yīng)用中我們只使用了該的DC-DC升壓部分，前端的RF-DC其中，Vout為輸出電壓，Iout為輸出電流，為工作周期。實際應(yīng)用中我們設(shè)置了兩個電容值來滿足不同應(yīng)用場景，電容值大小分別為0.1mF和50mF。 的功耗，因此在傳感網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)選擇低功耗的處理器。MSP430單片機以低功耗著MSP430F55293-9所示。它濕度傳感器采用霍尼韋爾公司的HIH-5030，仍然采用AD轉(zhuǎn)換的方式來讀VOUT=(VSUPPLY)(0.00636(sensorRH)+變分壓比，從而檢測到的電壓將在0V-3.3V之間變化，此電壓傳感電路可以更換3-10NRF24L01通信模塊。其原理圖與實物圖如NRF24L01通信模塊工作在2.4GHz，最大為0dBm，支持6個通道數(shù)據(jù)1.9~3.6V2M，發(fā)射電流小于TI公司研發(fā)CodeComposerStudio6.1.3進行設(shè)計。CodeComposerStudio包含一整套用于TI器件系列的編譯器、源碼MSP430F5529這款微處理器進行處理后，選擇NRF24L01A/D中 4-1 A/D轉(zhuǎn)換以及配置NRF24L01的工作模式及參數(shù)等工作。在循環(huán)中，數(shù)據(jù)通過中斷觸發(fā)，由MSP430F55291012A/D轉(zhuǎn)換模塊，而通SPI總線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式是8位數(shù)據(jù)，所以需要改變數(shù)據(jù)類型后再進行發(fā)送。上位機的初始化，除了無線收發(fā)模塊的配置外，還包括了串口系統(tǒng)上電運行后需要初始化NRF24L01無線收發(fā)模塊，初始化程序從MSP430F5529內(nèi)部ROM中配置數(shù)據(jù)有系統(tǒng)內(nèi)SPI模塊通過SPI總線對芯NF2401擾另通軟初化置發(fā)頻以通選等數(shù)效地降低功率損耗，保證電源控制系統(tǒng)所提供的能量可以滿足無線發(fā)射的基本要保證數(shù)據(jù)發(fā)送接收無誤后在開始進行通信。NRF24L01FIFO緩存區(qū)在每次接針對濕度與電壓數(shù)據(jù)可以直接通過片內(nèi)計算得到具體的數(shù)值，由于energia否是第五章系統(tǒng)測試與誤為了使得整流天線最佳負載與后端電源管理和單片機等電路輸入阻抗最優(yōu)匹57mA22.1歐姆；當節(jié)點進入穩(wěn)定工作時，電壓保持51mW情況下，獲得約66%的最高整流效率，當負載為20歐姆時整流效率降低但是高于1.2V以上，能