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1、西安电子科技大学国家大学生创新性实验计划中期检查报告 项目名称：环境电磁波供电的微功耗无线传感器节点研究 项目负责人： 龙青 指导教师: 刘彦明 起止年限: 2010年5月到2011年5月 批准经费: 10000 检查日期 2011 年 3 月 （以下可根据需要另加页）：一、研究工作主要进展和结果 图1.环境电磁波供电的微功耗无线传感器节点系统图示1） 确立电能收集天线设计方案本项目主要收集空间中中波段电磁波来给节点供能，在半年时间内，我们对不同的中波天线的性能进行了测试，并确定了最终方案。我们采用线型天线，天线长10M，平行与地面距地面距离为2M，如图1中所示天线。并采用电感匹配的方式，获取
2、到尽可能大的能量。2）完成低功耗电源管理电路收集到的能量经过倍压之后，利用大电容及MOS管设计了设计了合理的储能及管理电路，采用两个470UF的电容供无线模块储能，一个220UF的电容供单片机储能，在不考虑电容漏电的情况下，可视为零功耗。由于单片机复位瞬间需要很大的电流，所以设计了触发电路，以LED灯为指示，等待LED点亮，储能电容两端电压将到达3.4V左右，此时将开关打开，电容瞬间放电，单片机即可复位进入正常待机模式。整个系统出与待机状态，通过AD的不断采样来确定电容两端电压大小，系统静耗小于2UA。3） 实现了低功耗节点的正常收发节点采用MSP430F247单片机，单片机内置AD及温度传感
3、器，无线采用FO5P模块，频率315MHZ。由于FO5P在高电平时工作，而单片机串口在不工作时为持续高电平，这样在单片机待机过程中，无线模块便会不停发送，造成不必要的损耗。因此再串口与无线模块数据端加入74HC04反相器。单片机正常进入待机模式后，工作与低功耗模式三，通过AD不断采样，获取电容两端电压大小，此时待机功耗小于2UA，当电压达到一定阈值后，单片机开始工作，采集温度并发送。完成后，再次进入待机模式。节点经测试后能正常工作。4） 完成了整机联调 在室外情况下，去整机进行了测试，在匹配电感为220UH条件下，开路电压达到18V，短路电流达到26UA，节点可正常发送数据，每次间隔为5S左右
4、。二、 哪些研究内容作了必要调整和变动，说明原因 1)天线形状的研究 方案中拟采用环型天线作为能量收集天线，但通过对不同大小，匝数，匝间距，材料环型天线的研究，及实地测量，发现中波天线，并不能满足节点工作所需能量，过改变了研究方案，对的不同形状中波天线重新进行研究，经过查阅相关资料及实地测量，相比环型天线，它更容易假设，收集到的能量更为客观，但需要接大地较为不便，综合考虑，最终确立采用线型天线作为能量收集天线。 2)低功耗节点发射模块的选择方案中拟采用能量收集天线作为发射天线，自己制作调制及解调电路以节省电量，但在制作过程中，这种方案较难实施，改用现有功耗较低的无线模块F05P进行无线通信。
5、3)增加相关测量实验为了进一步对项目进行完善，在完成样机的测试后，加入相关实验。 实验一：空间频谱的测试 1.利用频谱仪测量空间中500KHZ-1600KHZ电磁波强度，以频率为横坐标，强度为纵坐标绘制坐标曲线。 2.观察并记录强度最大时频率K。 实验二:不同匹配电感值下开路电压测量 1.为25UH为间隔测量0-400UH不同电感值下开路电压的大小，以电感值为横坐标，开路电压大小为纵坐标绘制坐标曲线。 2.观察开路电压最大时，电感值大小L。 3.利用公式，估算天线等效电容大小。 实验三：观察不同时间段（天气条件）下收集到能量的变化 1.设计电压测量及自动储存装置。 2.利用装置测量匹配电感条件
6、下开路电压值，及负载为1K和1M条件下电压值，每间隔十分钟测量一次，测量7天。 3.处理并分析数据。 实验四：绘制不同级数倍压整流后的U-I线。 1.制作1到5级不同级数的倍压整流电路。 2.制作恒压源。 3.利用恒压源测量不同级数，不同电压下的电流大小，并绘制U-I坐标曲线。 4.绘制U-P坐标曲线，观察各个倍压正路级数下最大功率P的大小，找出最佳倍压整流级数。 三、 哪些研究内容未按计划完成，原因何在；是否能如期结题，如果不能，计划何时结题 原计划研究内容可按时完成，如期结题。 四、 经费使用情况和下阶段经费安排计划明细单价（元）数量金额（元）NRF905254100MSP430程序烧写器
7、（U口）1701170USB扩展口（电脑配件） 50150无线收发模块265130木材及PVC管2001200电路板643190印刷版1320257EPM7064405200LM35850150电阻及电容（一批）18888二极管及电阻（一批）10110AD58425250TLC225225250SMA-NF转换器176100开关电源1002200NN105-05电源模板1001100壳体14-64502100充电芯片MAX18111001100电路板盒费10110并口转接数据线502100法拉电容252501117、7805稳压芯片25250并口延长线15230串口线12020USB供电线52
8、10STC89C52芯片10330MAX232芯片5210MSP430芯片504200AD584、TLC2252502100MSP430学习板5001500纱包线5001500 项目经费工作去3755元，主要用于各式天线的制作和低功耗无线节点的制作。 下阶段经费主要用于，节点的优化及相关实验。 五、 存在问题、建议及需要说明的情况实验经验不足，对于实验数据的记录及整理存在欠缺，有些重要数据不能及时就，是得实验重做，浪费不必要的时间，对项目工作条理性不强，造成时间的浪费，在以后的实验和研究过程中，应对实验数据进行及时的记录，处理和保存。并指定合理的工作计划使工作有条不紊高效的进行。 项目负责人签字： 年 月 日 指导教师审查意见：课题组工作上半期完成顺利，希望下班起期继续努力，按时圆满完成项目 指导教师签字： 所在指导小组审查意见： 负责人签字： 年 月 日咨询工作组意见： 负责人（签字）： （公章） 年 月 日学校意见： 负责人（签字）： （公章） 年 月 日
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