【摘 要】
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随着“制造强国”战略的提出以及5G技术的广泛应用,与之相关的物联网技术得到了快速发展。然而,由于受到了电池寿命及更换电池困难等因素的影响,如何实现物联网各类传感节点的自供电已逐渐成为工业界和学术界广泛关注的热点话题。事实上,日常环境中存在丰富的射频能量信号源,大部分射频能量的发射具有全向性和全时段特性,会造成大量能量的浪费。因此,本文设计了一种基于射频能量收集的低功耗传感节点,可为传感节点的自供电
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随着“制造强国”战略的提出以及5G技术的广泛应用,与之相关的物联网技术得到了快速发展。然而,由于受到了电池寿命及更换电池困难等因素的影响,如何实现物联网各类传感节点的自供电已逐渐成为工业界和学术界广泛关注的热点话题。事实上,日常环境中存在丰富的射频能量信号源,大部分射频能量的发射具有全向性和全时段特性,会造成大量能量的浪费。因此,本文设计了一种基于射频能量收集的低功耗传感节点,可为传感节点的自供电提供一种行之有效的解决方案。本文工作主要包括接收天线、整流电路、能量管理电路以及低功耗节点的设计,具体详述如下:首先,设计了一种用于收集环境中射频信号频段在2.4 GHz的微带贴片天线,并且采用嵌入式的设计,使得天线的输出阻抗为50（?）,避免了因增加匹配电路而使接收天线的尺寸增大。其次,完成了整流电路的设计,通过ADS对型号为SMS7630＿006LF的肖特基二极管进行建模,并且将其与其他的二极管在同一整流拓扑结构但不同输入功率下进行仿真分析,确立了其更适用于在低输入功率条件下工作。再通过查阅文献以单阶全波整流拓扑结构为基础设计了整流电路,采用单枝节匹配结构进行匹配使得在2.45 GHz时,整流电路能够实现输入功率为-15 d Bm,负载为4000（?）时,能够输出直流电压为0.37 V,并且整流效率达到33.5%。然后,设计了基于bq25504的能量管理电路,用于对来自于整流电路的低输入电压进行升压并将能量储存在超级电容中,通过外围电路的设计,该电路能够在低至80 m V的输入电压持续工作,输出3.5～4.3 V的电压,并采用MCP33设计稳压电路输出3.3 V稳定的电压。接着,设计了以MSP430F149为MCU的低功耗传感节点,并对有多个传感器条件下的供电方案的提出了建议。最后,通过搭建实验平台,直接利用设计的微带贴片天线收集环境中WIFI信号为低功耗传感节点供电,将环境中的温度采集,并通过n RF2401无线数据传输模块将其发送到距离5米外的数据接收设备。
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