Đồ Án Nghiên cứu chế tạo thiết bị cung cấp năng lượng cho mạng cảm biến không dây

Mục lục
Chương i. 1
Tổng quan về mạng cảm biến không dây 1
1.1. Giới thiệu. 1
1.1.1. Công nghệ Sensor Network. 1
1.1.2. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây. 3
1.2. Tổng quan về kỹ thuật WSNs. 3
1.2.1. Các thành phần của mạng cảm biến không dây. 4
1.2.2. Quá trình phát triển của mạng cảm biến. 9
1.2.3. Các cách thức và trở ngại 10
chương ii. 11
tổng quan về năng lượng trong mạng cảm biến không dây 11
2.1. Vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây. 11
2.2. Các giải pháp khắc phục vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây. 11
2.2.1. Giải pháp phần cứng. 11
2.2.2. Giải pháp phần mềm 12
Chương iii. 17
biện pháp khắc phục vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây sử dụng enery havesting 17
3.1. Sơ lược về Energy Harvesting. 17
3.1.1. Các dạng Energy Havesting chủ yếu: 17
3.1.2. Các thiết bị Energy Harvesting. 20
3.1.3. Các thành phần chính của một hệ thống Energy Havesting: 23
3.2. Áp dụng Energy Harvesting vào mạng cảm biến không dây Arduino và Z1. 24
3.2.1. Mục đích sử dụng Energy Harvesting. 24
3.2.2. Kit thí nghiệm CBC-EVAL-09. 24
3.2.3. Phần mềm kiểm tra năng lượng của CBC-EVAL-09. 28
3.2.4. Testbed sử dụng CBC-EVAL-09 cấp nguồn cho modul Z1. 30
2.3.5. Testbed sử dụng SEH-01 của Texas Instruments. 31
Kết luận 34

MỤC LỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc mạng cảm biến không dây thông thường. 5
Hình 1.2. Các thành phần trong một node cảm biến. 6
Hình 1.3. Giao thức chung cho mạng cảm biến. 7
Hình 2.1. Mạng cảm biến không dây thiết kế theo mạng sao. 13
Hình 2.2. Thời gian bật tắt bộ thu phát vô tuyến. 13
Hình 2.3. Mạng cảm biến không dây thiết kế theo dạng lưới 14
Hình 2.4. Cơ chế quản lý năng lượng không đồng bộ. 15
Hình 2.5. Cơ chế quản lý đồng bộ. 16
Hình 3.1. Remote TV không pin của Phillip. 18
Hình 3.2. Hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời sang điện. 20
Hình 3.3. Tấm nhiệt điện TEGs. 21
Hình 3.4. Cấu trúc bên trong của TEGs. 21
Hình 3.5. Cung cấp điện năng thông qua thu thập nhiệt từ nước nóng. 21
Hình 3.6. Microturbine. 21
Hình 3.7. Tấm áp điện. 22
Hình 3.8. Hệ thống sử dụng năng lượng thu thập từ RF. 22
Hình 3.9. Hệ thống Energy Harvesting đang được phát triển dành cho WSNs. 23
Hình 3.10. Sơ đồ khối energy havesting dành cho mạng cảm biến không dây. 23
Hình 3.11. Kit CBC-EVAL-09. 24
Hình 3.12. Sơ đồ khối của CBC-EVAL-09. 25
Hình 3.13. Trở kháng Energy Harvesting (RT) và trở kháng hệ thống (RL). 26
Hình 3.14. CBC-915 hỗ trợ điều chỉnh trở kháng của hệ thống. 27
Hình 3.15. IC CBC050. 27
Hình 3.16. Điện áp Vbat và Vout khi CBC-EVAL-09 chưa có ánh sáng. 29
Hình 3.17. Điện áp Vbat và Vout khi CBC-EVAL-09 bắt đầu hoạt động. 29
Hình 3.18. Điện áp Vbat và Vout khi CBC-EVAL-09 chạy ổn định. 30
Hình 3.19. Điện áp Vout và Vbat dạng bar. 30
Hình 3.20. Modul eZ430-2500 của Texas Instruments. 31
Hình 3.21. eZ430-2500T thông thường. 31
Hình 3.22. SEH-01 cung cấp điện nuôi eZ430-2500T. 32
Hình 3.23. Test SEH-01 với eZ430-2500 33
LỜI NÓI ĐẦU
Năng lượng có ở khắp mọi nơi trong môi trường xung quanh chúng ta - có sẵn trong các hình thức năng lượng nhiệt, năng lượng ánh sáng (mặt trời), năng lượng gió và năng lượng cơ học. Tuy nhiên, chúng ta mới chỉ lợi dụng được một số ít trong số đó để tạo thành nguồn năng lượng điện để sử dụng (Năng lượng mặt trời, năng lượng gió ), nhưng lại cần đến các cơ sở hạ tầng phức tạp. Số còn lại thì chưa thể cung cấp năng lượng đầy đủ cho bất kỳ mục đích nào khả thi. Trong thực tế, cho đến gần đây, các dạng năng lượng tự nhiên này đã được nắm bắt để thực hiện một công việc hữu ích với yêu cầu hệ thống cơ sở hạ tầng đơn giản. Đó chính là việc thu thập năng lượng tự nhiên để cung cấp cho mạng cảm biến không dây.
Thông qua việc tham gian nghiên cứu phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây trong dự án VLIR, em đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị cung cấp năng lượng cho mạng cảm biến không dây” với mục đích tìm hiểu các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây cũng như áp dụng các modul thu thập năng lượng tự nhiên để biến đổi thành điện năng cung cấp cho nút cảm biến. Từ đó có thể xây dựng hoàn chỉnh một nút cảm biến chạy độc lập mà không cần tới nguồn nuôi ngoài.
Em xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm dự án nghiên cứu khoa học VLIR và giáo viên hướng dẫn Phạm Quốc Thịnh đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành bài thực tập tốt nghiệp này. Quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài thực tập vẫn còn gặp nhiều khó khăn và thiếu sót. Em mong các thầy cô đóng góp giúp em có thể hoàn thiện đề tài tốt hơn.