无线传感器网络中能量收集节点的研究与实现的开题报告.docx

无线传感器网络中能量收集节点的研究与实现的开题报告
一、背景和研究意义
随着物联网和传感技术的迅猛发展，无线传感器网络(WSN)已经被广泛应用于环境监测、安全监测、农业、工业等领域。由于传感器节点通常部署在无人区域，供电和能源成为无线传感器网络研究中的核心问题。为了实现WSN长时间运行，必须采用低功耗、高效能量管理策略。在WSN中，能量收集节点(energyharvestingnode)可以通过收集环境中的光、热、振动等能量形式，将它们转换为电能，供给传感器节点使用，从而减少节点更换电池的频率，延长网络的寿命，提高网络的可靠性。
二、研究内容
本研究旨在探究无线传感器网络中能量收集节点的设计与实现方法。具体研究内容如下：
1.能量收集技术：对光能、热能、振动能等常用的能量收集技术进行研究，比较不同收集技术的优劣。
2.能量管理策略：研究不同的能量管理策略，如能量预测、任务调度、优先级分配等，在提升能量利用效率的同时，尽可能延长WSN的寿命。
3.能量收集节点设计：设计能量收集节点的电路原理图，层级设计，系统集成，实现对环境中各种能量的采集与转换。
4.实验验证：基于实际系统，对所设计的能量收集节点进行测试与验证，验证节点的实际能量采集效果、能量管理和自我维护功能的正确性。
三、研究方案
1.能量收集技术
(1)光能收集技术：利用太阳能电池板转换环境中的太阳光为电能。
(2)热能收集技术：利用热电效应和热电发电器将温差转换为电能。
(3)振动能收集技术：利用压电材料将振动能转换为电能。
2.能量管理策略
(1)能量预测：基于历史数据和预测模型，对节点未来的能量消耗进行预测。
(2)任务调度：根据节点的余能量，对事务进行调度，尽可能延长节点寿命。
(3)优先级分配：根据节点的重要性和当前余能量的大小，对节点和任务进行优先级的分配，保证节点性能和系统稳定性。
3.能量收集节点设计
采用单片机设计方案，实现对环境光、温度、振动等多种能量的采集和转换，将转换后的电能存储到锂电池中，实现节点的自我维护和能量管理功能。
4.实验验证
利用实验室环境实现能量收集节点的设计与测试，对比实验结果，验证节点的可行性和实用性。
四、预期成果
本研究预期实现能量收集节点的设计、制作和实验验证，研究出适用于无线传感器网络的能量收集技术和能量管理策略，为WSN的能源管理提供新的思路和方法。
参考文献：
1.龚琳等.一种基于太阳能与温差的多源能量收集无线传感器节点设计[J].仪器仪表学报,2014,35(7):1544-1549.
2.李春桂,等.基于Peltier效应的热能收集方法[J].华南理工大学学报(自然科学版),2010,38(3):97-101.
3.王锐,等.面向无线传感器网络的能量管理技术研究[J].计算机研究与发展,2010,47(12):2145-2151.