基于压电转换的自供电系统及其在RFID上的应用

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在能源有限的今天,综合利用能源已经成为一项紧迫的任务。能量回收再利用正是综合利用能源的一项有效的途径。现实生活中,许多能源以振动的形式浪费掉。此课题旨在研究高电压低电流输入情况下的能量回收控制技术,实现高效的振动能量回收控制及存储技术;并通过实现为RFID电子标签及整个能量回收控制系统的自供电,解决无线远程通信,传感器网络及便携式设备使用电池供电的诸多缺陷。 本文分析了振动能量的特点,利用压电陶瓷将振动的能量转化为电能,即压电转换。压电转换的特点为:高电压、小电流、微功率。 为此设计了基于压电转换的自供电系统的硬件及软件。提出了系统设计方案,将系统分为六个功能模块进行设计。介绍了薄圆板和钹盖结构两种压电复合振子,以及两种结构的受力示意图;设计了低功耗DC—DC缓冲电路,提高能量存储效率;根据电路特点进行了电子元器件的选型;建立了电源管理系统,保证较高的能量存储效率和系统持续稳定运行;根据电路设计思想,进行了软件设计。 设计了自供电系统并用来为RFID电子标签供电,并设计了电子标签的硬件电路及软件。搭建了RFID通信系统,其中包括一个阅读器、一个电子标签。 低功耗设计是本设计的重点,本设计在硬件软件上都进行了低功耗设计考虑: 硬件上,使用低功耗电子元器件。本设计中,控制器MSP430F149在低功耗模式下的工作电流为2.5μA;DC—DC最大静态工作电流为10μA;电压管理模块最大静态工作电流为12μA;初级存储电容C1为低等效阻抗电容器,超级电容等效阻抗极低; 软件上,根据电容C1的充电电压,DC—DC在控制器的控制下工作在休眠、唤醒模式。定义了低功耗模式的内容,将低功耗模式分成三大类,并设计了相应的低功耗程序流程,系统可以根据不同的工作状态,自动进入相应的低功耗模式; 经实验证明,在一定振动频率和幅值的激励下,压电陶瓷输出电能是可以存储至电池和超级电容中,并用来为系统供电的。该系统能实现压电自供电,并且具有极低的功耗。
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