利用热释电传感器的集成充电系统设计
近年来随着无线网络智能传感器技术的广泛应用，使得在军事国防，工业农业，生物医疗，环境监测等诸多领域的信息获取能力有了很大的提高。在油气管道光纤预警监测、水质生物预警、食品安全监测预警、山洪灾害监测预警、农业重大气象灾害监测预警以及医疗无线传感器网络监护等各种系统中，常常面临无线传感器网络的供电系统功耗问题。而传统的供电方式主要是靠电池组，由于传感器节点数量较多，经常需要更换电池组，造成不便且耗费巨大，而且电池的使用寿命有限。另外，医疗传感器节点不能频繁地更换电池，否则影响人们的正常生活。而利用热释电集成充电系统，可以有效节省电能、延长网络的生命周期，解决了大规模监测预警系统中无线传感器节点的能耗问题，在整个节点设计中实现了体积小、低功耗和高精度。
随着传感器类型的多元化和能量收集的多样化，越来越多的可用于能量采集的元器件和传感器被应用到社会生活的各个领域，本文提出全新的能量采集理念，并对这种理念进行探讨，符合环保、节约和方便快捷的现代生活方式，通过设计实现从环境中获取能量并进行存储，尽可能的利用周围环境的各种热能源直接进行能量收集、转换和存储，无需制冷、无需激励信号，方便且有效可行。同时，利用该系统可以实现多种低功耗领域的监测。本文首先对热释电探测器原理进行了介绍，进而论述了能量收集和转换系统原理以及传感器的相关知识内容，并重点阐述了充电系统电路设计和实现该系统的相关电路，包括整流电路、升压电路和相关控制电路，同时通过不同的电路来搭建和验证。对电路构建模块的选型方面也作了较为详细的介绍，尤其是对用于整流电路模块的多种电路元器件的选型进行了比较与分析，从而尽可能地优化了整流电路。
本文设计了一种可以直接利用周围环境中的热信号对能量进行收集和转换从而实现多种能量收集的嵌入式微充电系统，该系统可以用于监测、预警等系统中的多个传感器节点上。充电系统包含热释电单元、整流电路、DC/DC升压电路和控制电路等模块。本文首先探讨了热释电传感器单元的电参数，理论上分析了电参数在热循环周期内对充电电容电荷的影响。此外，主要研究了CMOS整流电路、升压电路以及控制电路，并最终进行了大量的实验仿真，仿真验证了该充电系统的设计是有效可行的。
集成充电系统;热释电传感器;能量采集;控制电路
河南师范大学
硕士
物理电子学
王芳
2013
中文
TN433
50
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）