nghiên cứu chế tạo thiết bị cung cấp năng lượng cho mạng cảm biến không dây

40 798 3
nghiên cứu chế tạo thiết bị cung cấp năng lượng cho mạng cảm biến không dây

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

MỤC LỤC   !"#$%&"'( $)(*+,* - MỤC LỤC HÌNH VẼ   !"#$%&"'( $)(*+,* . LỜI NÓI ĐẦU /0123456#76*089:;<2= %>/01?/01%%@6A8B/012 /017#CDE;6FG1HI016)JKJI2 IL!M/01I?ILNH@/016A8/01 2OB0!PIQ%73!P5!5CJR!>0LS5 /01IPDITUSV6IKWCXQIQPIYD %H!/01XEDIZI0146U4ILX?6)*?[K FDEP?J73!PI7WC 2K?5/01X EILS56!W6UQ*HYDC *:?6E5%L?J6!W6UQ* HYDHX%+\]^6IZX?I_`Nghiên cứu chế tạo thiết bị cung cấp năng lượng cho mạng cảm biến không dâyaF6IK>6L%W5%5Q ?6/016!W6UQ*HYDb0%5H%6H5 /01XEILUQIcI?/S5;W6UQCdI22 L9YDHXG6);W6UQ!DI)56*PFM* C e69YW67UT?6HX%E#+\]^ %E0FHf&!6gJhIZ!I_?;5Ii6U X5J?5DCg%>EI_X5fRA5 _2/Q2Ce66%PD*I225;562L? I_J7C   !"#$%&"'( $)(*+,* j CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1. Giới thiệu (!W6UQ@B6)S;XQ15%W/ W6UQ9Nk*%5PE!IL!W/:%5YK 5W!F%X??019WD6*08L I2C(*082LQFk?J#C '%H7UWT6!W6UQTDQM65H[?%6 %Hl%HD#CDEHT6!W6UQmD DEPNHRSIH!*UhF!C '2n5P7UWS!E6)6!W6UQo • '%W6UQI015YUJ6*>5D5YUJW • (!0FEQ[%W6UQ@2HYDD*DQB • L6Y6515H[?@'B • $)59NkH[?3Y6 ()HW6UQI01IhpXQ15W6UQU)59Nk DR#6C(!W6UQ*HYD@B6!W6UQI2% QJ[%HW6UQUq2*DQC 1.1.1. Công nghệ Sensor Network 6!W6UQI019605P:#S 5%HC'*?W6UQI_LUM6%W6UQ 08I?drW6UQPJ*DQr:M!rHrr%W6 UQIhhHfI08rII!%*J6*08r%W6UQ5 H2ODDW6UQI01NHFJ01FC (!2IAIL6E*SUhF!8S5/ 01TM@TDQ5B284V?64:?I IL6<IL6J01F%HW6UQCCC IAKT6!HI)0FIYDTDQ5% H:YXEIRsKUW6CDD%H63 )%H076!?Et2!u!EK076! C n '%EPIYD5%L**SS5J%H9Nk %S52W/X5YUJ459Q5X#6!W :DQU%:#ST6!W/S5/01 %HUhF!C'%6*>*HYD26!E/01S5I01 0E5%LC"?:WNH*ST_c:%HXEjE Ko • 'V!I)4 • vNkH[?)U)!%HILW6_HH[?8 D_ • (*>6!656W6_HI08D_:I2W6 Dc)W6c*SI08D_C  I015Y6.!6*>QJIhDQ6% HNHo  Loại 1 (C1WSNs): • NHIhDQI) • '%H>6I08IJSIQIK • +RT%HDF%HQQ50%!6A5 @5B • W%SF@6wB • W/9NkH[?3%HDLQ5 • (!5!5  Loại 2(C2WSNs): • (*>IIL6<IL6DIL6<IL6-QJH IQ H Y6 • NHIhDQp • -H*S5*%H% • W%/66w • HDLQ5*2W/9NkH[?%H% • "?J07IJI7W EtPJII01%5H]eeexy.C-zCnC"!I)! PJ.Cn"{*?5#D#@](BS5I08D_H[ ?FJI)EIQ.zyU53W%jyIQ.yy|C}U~]eeexy.C-zCn I01QQIL Uc %*?*HYD 0 $| •HUH@•$B6IK5%H076!C +FXI8TEt}U~]eeexy.C-zCn%?JHP5%L 0FEt5w5%W6UQD_*:ED_I01 Et2C z _EpX6!6UH@(€eBC07 X0(€e6)IAIL6C'WI_t6!65C DE%H[?J2%C • !*08TIMH[?D_IQ7 %•IL6<IL6(€eC • '%HKHI)H%HHI) • H[?d%W6UQTDQd%?01CX? 3QFXC‚(€eTDQH[?C • MF!/01I01:WkNHSA uC(€e2L*UhU)U3MS5H %QUh*2LI01DQMS5089DE U308Hm • J01HSF(€eK7C X%U?[.6*>6%IhDQ (€e*L%5HCDE2L0 6)5P(€e@HBC 1.1.2. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây • gYXoHl%6EQ08%D7S* DEN2O • (*08o%6%%DdDIcKUZbCCC • ƒQso%6%U?YU??:WkJI_ Ld9O • I>o**6I_L%QUhI??J 03S6CCC • 076!o _L6*08*?5/5R %6%9)*O 1.2. Tổng quan về kỹ thuật WSNs 0IZI_535PE6)6!W6UQHm9Nk! HMY66)JHm9NkS;D#9Nk0F !HCD>3IH[?IQHDLQ5H08HmW/9N kT6>ILW:DQ0F5%IC+FH!2S;H[?I019Nk IQ6JS8I26W6I01/01PHmU/*E D_C()Et5m15F6!W6UQ0o • 'W6UQo < '/7UWC < vNkK?C „ < w%5%?N…C < &Y'C < X5Y26C • D_*DQo < ZDD_2C < X0!I08D_C < I_QC < 6!C • Eto < ]eeexy.C ~U~C < ]eeexy.C-zC-&€~$C < ]eeexy.C-zCj•HUH@•$BC < ]eeexy.C-zCn~}UC < ]eeexy.C-„69C < ]eee-nz-Cz@5BC < (U]&C • &P6_6Ho < "?I_C < &P6_66!C < &P6_6QJ73H[?XQ5C < &P6_66HHC < &P6_6:WkH[?C 1.2.1. Các thành phần của mạng cảm biến không dây '%5P7UWQQ#Y6T6!PI01IA [WT6*>H!-@'-BIZI01F?35P0FC$3 >IYD6*>FJ01FW6UQ6!0iH[?_H[? *WW/s%Hb0W/Uh,F F!*SS59NkQ*% H 6!CD '-c:%7F6*>'.CX5%L6!W6UQHXE WQ_W6UQ*K%@WIcH[?5P 5P6_6BC † ()IAIL6T6!W6UQo • '%H5YUJHDIAC • '%HH,Uh0sC • 6!DIc089DEC • HUhF!_*SW/K%U)FC • '%H2L*I01IMS?J>J01F% HC Hình 1.1. Cấu trúc mạng cảm biến không dây thông thường '%5PS!E6)H6!W6UQ0E>-C.o • ()W6UQ@2L6)DHZDW6UQBI7hX@Q 2B • 7h9Nk • 7hE!Uq*DQ • MS5 • '%5PH%CCC x Hình 1.2. Các thành phần trong một node cảm biến. Software (Operating Systems and Middleware) LS5X!I)%H5P:#%?I_ M63I01QQIAU?C*08%?I_0Q HmQ;HXE5PIL2LQ56)%2 K0FHs5m15FU)F2F!TCD‡ 6)KH_H!DIYD6)t*KC5PTD‡ M66!5Y5J%HHW6UQ%HC^S _ENHD‡6*5sIL5%LL6% W6F_26EIJ4Q15%6ZIL9YD HXEt%Hh6!07KC Standards for Transport Protocols (IKQQIL5%LW5%56!*HYDHXEE t_5KS5SI%5%DEP0JI)H[?S5<U> E*SS5IW6UWI)UW6D?JC+hK%H W6UQP0*9%Ih0F2pW6!5W 2W/X9YDHXC '%EIZ5%L_IAU?I2 SI_/UW/01E5WS5SIQ62LC'TDQ5 IhDQU3>IhDQ2%F%6!D_J@5 )HQ;6!BC ˆ Hình 1.3. Giao thức chung cho mạng cảm biến. 6!W6UQM6E!6!:WkC EQ6!M6%F506*>‡]C • \D-oF5ko%:0F_I?ED_W6UQ9NkK ? • \D.oF5EQH[?o%S;Ih8 • \DjoF56!oIhDQ • \DnoF5DLoD_H[?6!0[H[? • •55\Do5%H6!UM69Nk HQ15H[?9Nk%DEPdUE73H[? !C &^~( -9^~'(€ ]eeexy.C U~ ]eee xy.C-zC- ]eee xy.C-zCn (6 |HH .Cz~j <‰ $ }$   €~(€ \€H  &€H €@H  B  €55 | H HH e5 55 @HH +]&B 'U 56 ( H $HH @(U5B yCy„n<yC xŠ <zn yC† yCy.y< yC.z -y [...]... sử dụng năng lượng Năng lượng được cung cấp bằng pin hoặc từ năng lượng được tích trữ từ môi trường Trong cả hai trường hợp thì năng lượng là một tài nguyên hạn chế Việc tối ưu năng lượng phải được thực hiện ở cả cấp độ phần cứng và phần mềm Nếu phần cứng không hiệu quả về năng lượng thì rất khó đạt được sự vận hành ở mức năng lượng thấp Vấn đề cấp năng lượng cho mạng cảm biến không dây gặp... nghiên cứu phát triển dành cho mạng cảm biến không dây 25 Hình 3.8 Hệ thống sử dụng năng lượng thu thập từ RF * Các hệ thống Energy Harvesting trong thực tế đang được phát triển dành cho mạng cảm biến không dây: Hình 3.9 Hệ thống Energy Harvesting đang được phát triển dành cho WSNs Hiện nay có 4 dạng năng lượng được nghiên cứu và phát triến để chuyển đổi thành điện năng cung cấp cho mạng cảm. .. ĐỀ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG ENERY HAVESTING 3.1 Sơ lược về Energy Harvesting Energy Harvesting hay còn gọi là Power Harvesting hay Energy Scavenging là quá trình chuyển đổi các dạng năng lượng dư thừa từ các nguồn bên ngoài (năng lượng mặt trời, năng lượng nhiệt, năng lượng gió, và động năng) thành dạng năng lượng điện để lưu trữ và cung cấp cho những thiết bị không dây. .. thể dịch năng lượng thành điện 26 - Một mô-đun thu năng lượng, lưu trữ và quản lý điện năng cho các thiết bị Một ứng đầu cuối như một mạng ZigBee kích hoạt cảm biến không dây hoặc điều khiển và thiết bị giám sát Hình 3.10 Sơ đồ khối energy havesting dành cho mạng cảm biến không dây Như sơ đồ khối trên ta thấy với energy havesting, mạng cảm biến không dây chuyển từ “tiêu thụ năng lượng thấp”... Chức năng giới hạn, bao gồm cả vấn đề về kích thước Yếu tố nguồn cung cấp Giá thành các node Yếu tố môi trường Đặc tính kênh truyền Giao thức quảng lý mạng phức tạp và sự phân bố rải các node Tiêu chuẩn và quyền sở hữu Các vấn đề mở rộng 13 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1 Vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây Các nút mạng cảm biến không dây. .. hạ áp thì nút cảm biến sẽ được cấp nguồn ổn định, nhưng lại mất đi tính không dây Vấn đề không dây được giải quyết khi nút cảm biến được cấp năng lượng bằng pin Nhưng vấn đề khó khăn khi sử dụng pin cấp nguồn cho nút cảm biến là nếu sử dụng pin thì nút cảm biến sẽ mang tính di động và không dây, nhưng sẽ bị hạn chế bởi nguồn năng lượng của pin là hữu hạn Khi nguồn năng lượng của pin... dụng để cung cấp nguồn cho các nút riêng lẻ trong mạng cảm biến không dây b Cơ năng Thu hoạch cơ năng chuyển đổi thành điện năng cũng đang được nghiên cứu và phát triển Cơ năng được lấy từ các máy công nghiệp, hay đặc biệt là dạng cơ năng sinh học đang được chú trọng nghiên cứu Bằng cách gắn các thiết bị thu thập vào đầu gối hoặc gót giầy chúng ta có thể thu thập được điện dùng để sạc cho pin... gián đoạn và việc thay thế nguồn cấp ngoài sẽ vô cùng khó khăn và tốn kém nếu thiết bị được đặt tại nơi địa hình hiểm trở (cảm biến sóng ngoài biển, cảm biến thời tiết trên núi…) Vì vậy việc energy havesting ra đời đã giải quyết được vấn đề năng lượng cho các thiết bị cảm biến không dây năng lượng thấp 3.2 Áp dụng Energy Harvesting vào mạng cảm biến không dây Arduino và Z1 3.2.1 Mục đích... Hình 2.1 Mạng cảm biến không dây thiết kế theo mạng sao Cách tiếp cận theo kiểu mạng hình sao có đặc điểm là đơn giản nhưng phạm vi của mạng cảm biến không dây bị thu hẹp trong phạm vi truyền dẫn của các bộ thu phát vô tuyến Với một số ứng dụng thì mạng hình sao là phù hợp Hình 2.2 Thời gian bật tắt bộ thu phát vô tuyến Cách tiếp cận mạng sao dẫn đến một vấn đề là giới hạn của mạng bị thu hẹp... của mạng chúng ta cần thiết kế mạng cảm biến không dây theo kiểu mạng khác là mạng cây hay mạng lưới Nhưng việc sử dụng mạng cây hay mạng lưới dẫn đến việc phải nghiên cứu một cơ chế quản lý năng lượng hoàn toàn khác phát triển từ cơ chế quản lý công suất vô tuyến Để có thể hình mạng lưới thì các bộ thu phát vô tuyến của các nút phải được quản lý để chúng được tắt khi không có lưu lượng . 2K?5/01X EILS56!W6UQ*HYDC *:?6E5%L?J6!W6UQ* HYDHX%+]^6IZX?I_ `Nghiên cứu chế tạo thiết bị cung cấp năng lượng cho mạng cảm biến không dâyaF6IK>6L%W5%5Q ?6/016!W6UQ*HYDb0%5H%6H5 /01XEILUQIcI?/S5;W6UQCdI22 L9YDHXG6);W6UQ!DI)56*PFM* C e69YW67UT?6HX%E#+]^ %E0FHf&!6gJhIZ!I_?;5Ii6U X5J?5DCg%>EI_X5fRA5 _2/Q2Ce66%PD*I225;562L? I_J7C   . '%SI_63) -j CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1. Vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây '%;6!W6UQ*HYDP5WI01:Y6IQSI_NH /01C/01I01S5Uq5Ad/01I01K[d 6*08 C W0815>/016)DE!QC+?J 0/015WI01X?3WS5I)5P5P6_6CQ5P *?:W_/01>S2I!I01X36/01 S5C+SI_S5/016!W6UQ*HYDA5%_2/C QNHMI?0FIZI01G0!%5>;W6UQuI01S5 McIh0!6SIK`*HYDaC+SI_*HYDI01W:DQ ;W6UQI01S5/01Uq5C0SI_2/NH 5S5M;W6UQQNH5>;W6UQu6KH I)*HYD0uUh!QU3M/01T5[!C M/01T5!?b;;W6UQd!I)C+>D SI_IA6IL;W6UQ!I)I01YS2L@EK /01SB6f?:WC. C&KNGPN 6)UDIMU)S40Fd2T2U3>5K2L 29%IhHm6)2I01D_D*I01D_C Hình 2.5. Cơ chế quản lý đồng bộ -ˆ CHƯƠNG III BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG ENERY HAVESTING 3.1. Sơ lược về Energy

Ngày đăng: 18/06/2014, 08:58

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • Chương i

  • Tổng quan về mạng cảm biến không dây

    • 1.1. Giới thiệu

      • 1.1.1. Công nghệ Sensor Network

      • 1.1.2. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây

    • 1.2. Tổng quan về kỹ thuật WSNs

      • 1.2.1. Các thành phần của mạng cảm biến không dây

        • Hình 1.1. Cấu trúc mạng cảm biến không dây thông thường

        • Hình 1.2. Các thành phần trong một node cảm biến.

        • Hình 1.3. Giao thức chung cho mạng cảm biến.

          • Bảng 1.1. Các giao thức có thể dùng cho mạng cảm biến không dây

      • 1.2.2. Quá trình phát triển của mạng cảm biến

        • Bảng 1.2. Các giai đoạn phát triển của mạng cảm biến không dây

      • 1.2.3. Các cách thức và trở ngại

  • chương ii

  • tổng quan về năng lượng trong mạng cảm biến không dây

    • 2.1. Vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây

    • 2.2. Các giải pháp khắc phục vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây

      • 2.2.1. Giải pháp phần cứng

      • 2.2.2. Giải pháp phần mềm

        • a. Cơ chế quản lý năng lượng dành cho phần điều khiển

        • b. Cơ chế quản lý công suất vô tuyến.

          • Hình 2.1. Mạng cảm biến không dây thiết kế theo mạng sao.

          • Hình 2.2. Thời gian bật tắt bộ thu phát vô tuyến.

          • Hình 2.3. Mạng cảm biến không dây thiết kế theo dạng lưới

        • c. Cơ chế quản lý truyền nhận không đồng bộ

          • Hình 2.4. Cơ chế quản lý năng lượng không đồng bộ

        • d. Cơ chế quản lý truyền nhận đồng bộ

          • Hình 2.5. Cơ chế quản lý đồng bộ

  • Chương iii

  • biện pháp khắc phục vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây sử dụng enery havesting

    • 3.1. Sơ lược về Energy Harvesting

      • 3.1.1. Các dạng Energy Havesting chủ yếu:

        • a. Nguồn bức xạ từ môi trường xung quanh:

        • b. Cơ năng

        • c. Quang điện

        • d. Áp điện

          • Hình 3.1. Remote TV không pin của Phillip.

        • e. Pyroelectric

        • f. Thermoelectrics

        • g. Tĩnh điện

        • h. Năng lường từ tĩnh

        • i. Năng lượng từ cây xanh

      • 3.1.2. Các thiết bị Energy Harvesting

        • a. Các tế bào quang điện

          • Hình 3.2. Hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời sang điện.

        • b. Tấm nhiệt điện

          • Hình 3.3. Tấm nhiệt điện TEGs

          • Hình 3.4. Cấu trúc bên trong của TEGs

          • Hình 3.5. Cung cấp điện năng thông qua thu thập nhiệt từ nước nóng

        • c. Tua bin nhỏ

          • Hình 3.6. Microturbine

        • d. Tinh thể áp điện

          • Hình 3.7. Tấm áp điện.

        • e. Thiết bị thu sóng vô tuyến

          • Hình 3.8. Hệ thống sử dụng năng lượng thu thập từ RF.

          • Hình 3.9. Hệ thống Energy Harvesting đang được phát triển dành cho WSNs

      • 3.1.3. Các thành phần chính của một hệ thống Energy Havesting:

        • Hình 3.10. Sơ đồ khối energy havesting dành cho mạng cảm biến không dây.

    • 3.2. Áp dụng Energy Harvesting vào mạng cảm biến không dây Arduino và Z1

      • 3.2.1. Mục đích sử dụng Energy Harvesting

      • 3.2.2. Kit thí nghiệm CBC-EVAL-09

        • Hình 3.11. Kit CBC-EVAL-09

        • Hình 3.12. Sơ đồ khối của CBC-EVAL-09.

        • a. CBC-915

          • Hình 3.13. Trở kháng Energy Harvesting (RT) và trở kháng hệ thống (RL)

          • Hình 3.14. CBC-915 hỗ trợ điều chỉnh trở kháng của hệ thống

        • b. IC pin CBC050

          • Hình 3.15. IC CBC050

        • c. IC pin CBC3150

      • 3.2.3. Phần mềm kiểm tra năng lượng của CBC-EVAL-09

        • Hình 3.16. Điện áp Vbat và Vout khi CBC-EVAL-09 chưa có ánh sáng.

        • Hình 3.17. Điện áp Vbat và Vout khi CBC-EVAL-09 bắt đầu hoạt động.

        • Hình 3.18. Điện áp Vbat và Vout khi CBC-EVAL-09 chạy ổn định.

        • Hình 3.19. Điện áp Vout và Vbat dạng bar.

      • 3.2.4. Testbed sử dụng CBC-EVAL-09 cấp nguồn cho modul Z1

      • 2.3.5. Testbed sử dụng SEH-01 của Texas Instruments

        • Hình 3.20. Modul eZ430-2500 của Texas Instruments.

        • Hình 3.21. eZ430-2500T thông thường

        • Hình 3.22. SEH-01 cung cấp điện nuôi eZ430-2500T.

        • Hình 3.23. Test SEH-01 với eZ430-2500

  • Kết luận

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan