无线传感低功耗射频采集和管理系统优化设计.docx

Vol.20，No.5Oct．，2014第20卷第5期2014年10月功能材料与器件学报JOUＲNALOFFUNCTIONALMATEＲIALSANDDEVICES文章编号:1007－4252(2014)05－0011－151无线传感低功耗射频采集和管理系统优化设计王芳1，2，修素朴1，张咪1，袁秋林1，李蕾1，张瑜1，2(1．河南师范大学物理与信息工程学院，河南，新乡453007;2．河南省电磁波特征信息探测重点学科开放实验室，河南，新乡453007)摘要:本文设计了一种可实现多射频源复合式能量采集的集成充电电池系统，重点分析了该系统中升压电路和智能管理电路的设计。通过仿真和实验比较了升压电路中普通二极管和肖特基二极管对输出电压的影响，同时讨论了整个系统的转化效率与输出功率。仿真结果表明利用多射频进行能量收集实现了对集成微充电电池充电，实现方案有效可行。关键词:复合式能量采集;集成充电电池;无线射频信号中图分类号:文献标识码:AOptimizationdesignofＲFsourcescompositeenergyacquisitionsystemWangFang1，2，XiuSu-pu1，ZhangMi1，YuanQiu-lin1，LiLei1，ZhangYu1，2(1．HenanNormalUniversity，XinXiang453007，China;2．Theelectromagneticcharacteristicsofinformationdetection，Keysubjectofopeninglaboratory，HenanProvince)Abstract:Aneffectiveoptimizationdesignmethodofintegratedrechargeablebatterysystemthatcanreal-izemultipleＲFsourceshybridenergycollectionisgiven，focusingontheboostercircuitandintelligentmanagementsystem．ComparedordinarydiodewithSchottkydiode，theinfluenceontheoutputvoltageofboostercircuitisanalyzedthroughsimulationandexperiments．Atthesametime，theconversionefficien-cyandpoweroutputofthewholesystemwerediscussed．ThesimulationresultshowedthatitwasfeasibleandeffectiveuseofmultipleＲFenergyharvesting．Keywords:Compositeenergyacquisition;Integratedrechargeablebattery;Ｒadiofrequencysignal以驱动低电压或低功耗的装置，最常用的无线传感器节点消耗几十微瓦在睡眠模式和数百微瓦在主动0引言射频能量采集系统能够产生少量的电功率来驱［1］。模式另外一些无线传感器等设备的电源部分更换电池的难度较大，所以整个系统的利用率、可用动无线通信电子设备的部分电路工作，目前虽然能量收集技术产生的电功率通常小于几十毫瓦，但足收稿日期:2014－08－15;修订日期:2014－09－20基金项目:资助项目:1．河南省科技厅重大项目，编号;2．河南师范大学研究生创新科研训练项目作者简介:王芳(1972－)，女，河南新乡人，硕士，副教授，主要从事无线传感网络、模拟集成电路系统设计研究修素朴(1985－)，男，河南南阳人，硕士，主要从事电子线路设计研究功能材料与器件学报20卷152性，寿命都受到极大的限制［2］。针对此缺陷，本文将多射频能量转化为输出电压存储在微充电电池中可以有效节省电能、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。多射频复合式能量采集实现了多种射频能量的收集，并通过智能控制，实现能量的存储与应用。速，f为射频信号频率。当传输天线是15dBi的最小型八木天线，接收天线是3dBi的常用贴片天线，传输距离为1米，假设能量是100%传输，无损耗。1系统设计1．1系统设计原理射频信号广泛存在于空间中，通常情况下基站、无线互联网、卫星通讯、收音机、手机以及电视等用电装置发出的无线电磁能量作为射频信号源以产生多种射频信号。多射频源复合式能量采集的集成充电电池系统的电路结构图由图1所示。所以理论上，接收天线接收的最大能量为112．4mW1．2升压电路的设计倍压电路选用二极管和电容搭建一个3阶的升压电路