研电赛-小梅菜第十一届电子设计竞赛

最佳负载与其匹配，达到最高效率整流，降低；采用P2110电源管理，进行电压管理，达到用电设备供电要求；采用超低功耗单片机功耗为65mW。测试了不同情况下，节点正常工作时的距离以及数据误差。当微波为4W，能量收发距离为70厘米，微波为2W，能3510：微波输能，无线传感网络，无线供电，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 第一章作品难点与创 第二章方案论证与设 第四章软件设计与流 传感器 4W情 2W情 第六章总结与展 引微波输能（MicrowavePowerTransmission，MPT）1MPT技术打破了通过电缆传输能量的传统模式，提供了一种新型的传输方式。对于MPT，早期具有代表性的工作有雷声公司的W.C.Brown在上世纪60年代初完成的一个实验，该试验将射频50英尺的高度飞行了10个小时，这是MPT史上一个重要的里程碑。70年代，和相继提出能（SolarPowerSalite，SPS）计划，即在地球静止同步轨道再通过MPT技术输送至地球，可有效的解决地球能源问题。2090MPT技术的应用领域，如电子RFID、无线传感器WSN、无线充电等等，同时在人工的新型供电方式，符合时代“绿色能源”、“环境友好”的理念。 第一章点与创积也就意味着减小接收功率，降低效率，需衡功率与体积；络、RFID等领域。主要有以下创新点：前景，在RFID、便携式设备无线充电、无源传感网络等应用中具有独特的优势。yongdian设备的要求，需要将能量进DC-DC升压有较成，经过功能比较，本设计采用Powercast公司的P2110。整流天线输出电压首先给超级电容充电，当超级电容电压达到设定的阈值时(此时的电量够后续单片机工作一个周期或多个周期)，DC-DC升压开始工作，将其升到3.3V或者5V，达到单片机工作要求。MSP430单片机。MSP430F552916位单片机，采用了精简指令集16MHz62.5ns，这些特点保证了可编制出高效612位AD转换接口，可供多个传感器同时工作，从而降低成本，减小体积，便于灵活433，NRF24L01等通信模块。的蓝牙4.0通信速率在1M左右及以下，同时蓝牙通信需要1-3s建立连接，建立连接的过程中，功耗较大，不能满足系统要左右。433433MHz作为通信载波频率，适合于远距离通信，同时第三章原理分析与硬3-1所示，由发射端和接收端构成。其中发射端包含通信的接收系统。发射系统将电能(或其他形式的能量转化成微波能量发射ηtRFDCηr；自3-1线辐射到空中导致能量损耗从而降低转化效率；直通滤波器的作用是让直流通）量系统框图如图3-3所示，其中20dB的耦合器将功放的输出功率分为两个支应的衰减器，本设计拟定整流电路输入功率为100mW，所以较大，而功率计量-70dBm至-20dBm，所以需添加60dB的衰减器，确保衰减后的信20dB耦合喇叭大小为功率计读出值的100倍。3-3D 其中为工作输入功率为Pt，那么在自由空间某一点的功率密度为：SPtGt

若接收天线增益为Gr，则其有效ArGr

其中p为发射天线与接收天线间的极化效率。发射喇叭是线极化天线，如果接所以，整流天线的RF-DC（RadioFrequency-DirectCurrent）转换效率r为 VrDC Rload其中Rload和Vo分别是直流负载上得到的直流功率和电压3-4C波段。双层缝隙耦合结电路对天线的影响大大减小。接收天线上层采用厚度h21.5mm，介电常数r2.65F4B-2介质板,下层板厚h10.8mm3-5 MA4E1317二极管，其结电阻、结电容较小，其反向截止电压实测有11V左右，结构如图3-6线背面，整流电路采用介质板的介电常数r=2.65h=0.8mmADS软件优化出效率最高时的各个T型枝节和微带线的尺寸。 图3-6整流电路()接收天线的组阵；(b)直流合路再2237(a)正 (b)背 2×2并联阵列实物求，这就需要进行电源管理。我们选用Powercast公司P2110。图3-8给出了其原理图。实际应用中我们只使用了该的DC-DC升压部分，前端的RF-DC其中，Vout为输出电压，Iout为输出电流，为工作周期。实际应用中我们设置了两个电容值来满足不同应用场景，电容值大小分别为0.1mF和50mF。 的功耗，因此在传感网络中应选择低功耗的处理器。MSP430单片机以低功耗著MSP430F55293-9所示。它湿度传感器采用霍尼韦尔公司的HIH-5030，仍然采用AD转换的方式来读VOUT=(VSUPPLY)(0.00636(sensorRH)+变分压比，从而检测到的电压将在0V-3.3V之间变化，此电压传感电路可以更换3-10NRF24L01通信模块。其原理图与实物图如NRF24L01通信模块工作在2.4GHz，最大为0dBm，支持6个通道数据1.9~3.6V2M，发射电流小于TI公司研发CodeComposerStudio6.1.3进行设计。CodeComposerStudio包含一整套用于TI器件系列的编译器、源码MSP430F5529这款微处理器进行处理后，选择NRF24L01A/D中 4-1 A/D转换以及配置NRF24L01的工作模式及参数等工作。在循环中，数据通过中断触发，由MSP430F55291012A/D转换模块，而通SPI总线传输的数据格式是8位数据，所以需要改变数据类型后再进行发送。上位机的初始化，除了无线收发模块的配置外，还包括了串口系统上电运行后需要初始化NRF24L01无线收发模块，初始化程序从MSP430F5529内部ROM中配置数据有系统内SPI模块通过SPI总线对芯NF2401扰另通软初化置发频以通选等数效地降低功率损耗，保证电源控制系统所提供的能量可以满足无线发射的基本要保证数据发送接收无误后在开始进行通信。NRF24L01FIFO缓存区在每次接针对湿度与电压数据可以直接通过片内计算得到具体的数值，由于energia否是第五章系统测试与误为了使得整流天线最佳负载与后端电源管理和单片机等电路输入阻抗最优匹57mA22.1欧姆；当节点进入稳定工作时，电压保持51mW情况下，获得约66%的最高整流效率，当负载为20欧姆时整流效率降低但是高于1.2V以上，能