【摘 要】
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目前,无线传感器网络（WSNs）已被广泛应用于森林资源管理与环境监测等领域,但受到森林环境的限制,使其面临严重的供电短缺问题。高效地收集与利用森林环境能源为无线传感器供电
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目前,无线传感器网络（WSNs）已被广泛应用于森林资源管理与环境监测等领域,但受到森林环境的限制,使其面临严重的供电短缺问题。高效地收集与利用森林环境能源为无线传感器供电的方案拥有众多优势。本文设计了一种新型的超低功耗混合能量收集（HEH）系统,用于收集光伏太阳能、土壤温差热电能与活立木生物电能三种环境微能量,为无线传感器提供稳定供电。针对本文中三种环境能量的电特性,完成混合能量收集系统设计并制板测试。系统性能与特点包括:（1）由于光伏太阳能与另外两种能源的等效电源不同,分别设计了两套独立的低功耗DC/DC转换电路与存储电路,以避免阻抗不匹配问题。并解决了电子多路开关控制下,无法同时收集多种能源的缺陷。（2）将同为等效电压源的活立木生物电能与土壤温差热电能并联连接,共用DC/DC转换电路与存储电路,以降低功率损耗。（3）选择高输出电压与功率的能源系统（光伏太阳能）作为主电源线路供电。副电源线路能源系统（土壤温差热电能与活立木生物电能）主要用于为锂电池充电,形成互补式供电。（4）使用电子多路开关控制主/副电源线路的接通/断开。通过使能端判断开关连通方向,主电源连接常闭开关,副电源连接常开开关。单次连接仅有一路输出,提高能源的输出与存储效率。最终通过对输入源（光伏太阳能、土壤温差热电能与活立木生物电能）、输出源（低功耗无线传感器节点TI e Z430-RF2500目标板）、系统集成电路板进行数据分析与功率损耗分析,得到整体系统的效率评价。三种环境微能量通过DC/DC转换器电路,稳定输出3.3V电压,电源管理电路中主/副锂电池的充放电曲线随输入源周期性变化。结合输入/输出源数据分析,获得系统总体效率评价:以1.27m W(PPV:PTEG&PEG约为3:1)输入功率为例,混合能量收集系统损耗占总输入的33.8%,随着输入功率的增加比例降低。
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