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1、无线传感器网络节点的能源模块和低功耗管理,结 题 报 告,一、无线传感器网络节点的电源供应及解决思路 二、 该项目的思路及具体方案 三、 实施结果,无线传感器网络节点的能源模块和低功耗管理,无线传感器网络节点的电源供应及解决思路,首先，无线传感器节点多是布置在人能难轻易到达的地方。 其次，无线传感器节点放置点一般的环境都很恶劣。 再次，无线传感器节点一般都是长期不定时的监测。综上，无线传感器节点要长期处于恶劣环境的监测环境下，所以就必须解决其能源的连续供应。,监测应用对传感器节点能源提供技术的要求, 体积小易于安放 适应性强 电压稳定,节点所需电源需求,根据指导老师提出的需求：2000mAh容
2、量锂电池3.3V 5V输出功率400mA*3.7V工作时间每天0.42.4小时在野外为环境监测节点供电,解决办法,我们的方案:用太阳能作为初始能源，在光强足够的情况下对可充电电池进行充电，当光照较弱或无阳光状态下利用电池提供能源需求。,太阳能电板,5V稳压,充电管理1,充电管理2,电池组1,电池组3,电池组2,3V继电器,3V继电器,3V继电器,3.3V和5V输出,单片机,液晶和按键,比较器,为什么选择锂电池,锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2%以下（可恢复）。没有记忆效应。工作温度范围宽为-2060。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功
3、率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。 缺点：价格贵、充放电要求高,锂离子电池,标称电压容量-1300mAh 标称电压-3.7V 最高电压-4.2V 3组每组2片采用并联共6片,太阳能电板的选择,单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池多元化合物电池,太阳能电池板,尺寸 -34*28cm峰值电压-20V峰值功率-10W,太阳能对锂电池充电的特点,一、 锂离子电池不可过充，要保证终止电压精度在1%内 二、充电电流限制在0.25C-1C之间（C为电池容量）三、充电过程中电池温度不可过高四、光照的朝向以及强度不断变化，输出电流会变化,充电曲线,充电管理,CN-3063是一款太阳
4、能给锂电池充电的专用芯片，,芯片接法,最大功率跟踪,太阳能电池板等效输出电阻=充电电路输入阻抗=输出功率最大（最大功率转移定理） 1、横电压法2、爬山法3、导纳微分法,采取办法,结合CN3063最大充电电流可调的特点在光照较强时，调整其充电限制电流，测量输出电流和电压，当其乘积最大时，即默认为最大功率点典型测试数据：(温度30摄氏度，天气晴朗无云，下午13：0015:00)限制电流 电压输出 电流输出 充电功率400mA 4.36v 400mA 1.744w500mA 4.45v 500mA 2.225w600mA 4.45v 530mA 2.359w800mA 4.43v 510mA 2.2
5、59w,放电管理,放电管理主要由单片机配合外围电路完成完成主要功能： -电压检测，通过单片机自带AD完成（阈值为3.5V） -电池切换，通过3V继电器完成 -定时功能，通过单片机定时器控制放电时间 -人机交互，放电时间可设置，通过液晶按键及EEROM完成,单片机软件,#include include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define ulong unsigned long sbit en=P45; sbit rd=P44; sbit rw=P27; sbit key1=P33; sbit key2=P34
6、; sbit key3=P35; sbit key4=P36; sbit relay1=P20; sbit relay2=P21; sbit relay3=P22; bit sym,sign; uchar open_time=0,shut_time=0,timer0_open,timer0_shut,timer0_num,timer0_sec; uint time1,time2; float batter2,batter3; uchar total=0; uint count; /*延时程序*/ void delay(uchar z) uchar x,y;for(x=z;x0;x-)for(y
7、=110;y0;y-); /*向1602中写命令*/void write_com(uchar add) rw=0;en=0;rd=0;P0=add;delay(5);en=1;delay(5);en=0; /*初始化1602*/ void init_1602() write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01); /*向1602中写单个数据*/void write_dat(uchar dat) rw=0;en=0;rd=1;P0=dat;delay(5);en=1;delay(5);en=0; /*向1602中写字符
8、串数据*/void write_string(uchar *p) while(*p!=0)write_dat(*p);p+; /*打开IAP*/void open_iap() IAP_CONTR=0x82; /*关闭IAP*/void close_iap() IAP_CONTR=0x00;IAP_ADDRH=0xff;IAP_ADDRL=0xff; /*读EEPROM*/uchar read_eeprom(uint add) IAP_CMD=0x01;IAP_ADDRH=(add ,功耗一览,以上为所有器件及模拟用电器的功耗，由于不是所有元件同时工作 且放电时间可调；再者，功耗分为充电损耗与放
9、电损耗两部分，关 注的主要是放电损耗列出几组典型功耗（负载：led灯&万年历）放电时 关闭时 76mA*3.7V 5mA*3.7v,系统持持续能力,每天工作总时间为0.42.4小时，取中间值1.4小时，自持能力计算以晴天与阴雨天气的比例衡量其大小。电池由3.5V充电至4.1V 4-5小时（天气为晴天，可偶尔多云，）由4.1V放电至3.5V 10小时32分 （用电器为led和万年历，功耗约400mA）综上最大持续能力为1/6.5,主要的不足,一、电池切换原件继电器功耗较大，影响了持续能力，应更换为其他原件 二、 对太阳能电池充电过程研究不透彻，充电效率有提升空间 三、 电源设计应更加整体化,关于节点的低功耗管理,谢谢大家,电路原理图,
