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基本信息
- 項目名稱：
- 壓電生電供電的多功能探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 設(shè)計了包含八個節(jié)點的智能傳感網(wǎng)絡(luò)，各節(jié)點采集當(dāng)前環(huán)境的光強、溫度及濕度，并通過無線方式發(fā)送給主節(jié)點。設(shè)計了一套基于51單片機和nRF905無線收發(fā)模塊的，能自動動態(tài)組網(wǎng)、智能最短尋址、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議；傳感網(wǎng)絡(luò)中的主節(jié)點通過串口將所有數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。上位機利用MFC編程，接收串口數(shù)據(jù)，實時顯示、存儲，并提供查詢功能。項目還嘗試收集并存儲PZT壓電陶瓷片產(chǎn)生的電能供單片機工作。
- 詳細(xì)介紹：
- 見論文介紹。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 人類社會的學(xué)習(xí)、工作、生產(chǎn)、生活等各種活動總是在一定的環(huán)境中進(jìn)行的，而當(dāng)前環(huán)境的各種因子，如溫度、濕度、光強度，甚至經(jīng)緯度、海拔高度的細(xì)微差異都可能對人類社會的某些活動產(chǎn)生較大的影響。這種影響的普遍存在性及重要性，使得根據(jù)實際情況對當(dāng)前環(huán)境的某些因子采取一定的措施進(jìn)行實時監(jiān)測，并將監(jiān)測信息傳輸給上位機進(jìn)行集中再處理就非常有必要。隨著社會的發(fā)展，人們對由多個節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測某區(qū)域范圍內(nèi)的某些環(huán)境因子的需求越來越強烈。 另一方面，能源是人類活動不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類社會的發(fā)展尤其離不開優(yōu)質(zhì)能源的出現(xiàn)和先進(jìn)能源技術(shù)的應(yīng)用。從某種意義上講，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展總是依賴于能源的發(fā)展。能源的發(fā)展，更是我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問題。 本項目制作了仿真系統(tǒng)，采用51單片機，光強和溫濕度傳感器，nRF905無線收發(fā)模塊，論證了能智能組網(wǎng)、自動最短路由尋址的多功能探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可行性。同時，仿真系統(tǒng)嘗試?yán)眉ふ馪ZT壓電陶瓷產(chǎn)生的綠色電能提供系統(tǒng)工作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、本來由IEEE 802.15.4協(xié)議中的ZigBee實現(xiàn)的功能：無線通信、智能自動組網(wǎng)、最短路由尋址、動態(tài)更新路由表、組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等，在本作品中嘗試著依靠完全自主編程實現(xiàn)，去挑戰(zhàn)技術(shù)成熟的ZigBee。 2、本作品嘗試使用“壓電生電”作為能量來源來給單機供電的新思想，即新穎又環(huán)保。本作品中用到了“壓電陶瓷芯片”，通過給它施加一定頻率的壓力，使它產(chǎn)生不太穩(wěn)定的交流電壓，但足以點亮數(shù)十個二極管，并使他們持續(xù)發(fā)亮。接著，我們又對產(chǎn)生的這個電壓進(jìn)行了“整流-檢波-穩(wěn)壓”三步工作，使得它得到穩(wěn)定的5伏電壓，因此可以給節(jié)點供電。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月獲上海第二工業(yè)大學(xué)“厚技杯” 三等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓。
作品可展示的形式
- 實物，軟件，照片，錄像。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 設(shè)計了一套基于51單片機和nRF905無線收發(fā)模塊的，能自動動態(tài)組網(wǎng)、智能最短尋址、高可靠性的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。得益于這套協(xié)議，具有8個節(jié)點的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，能可靠地進(jìn)行無線通信，將各節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送給主節(jié)點。同時上位機能接收主節(jié)點的串口數(shù)據(jù)，能穩(wěn)定地在前臺實時顯示并在后臺存儲數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫中，方便日后查詢。項目還嘗試了利用壓電生電為提供電能給單片機工作。項目提供了一種有效的解決方案，根據(jù)實際情況適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，可以在智能家居、工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測、大型農(nóng)場作物生長環(huán)境監(jiān)測及其它類似場合發(fā)揮巨大的作用。
同類課題研究水平概述
- 關(guān)于“多功能探測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”的研究，目前已經(jīng)在國內(nèi)外的一些領(lǐng)域中得到了嘗試。 環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)：英特爾研究實驗室研究人員曾經(jīng)將32個小型傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州"大鴨島"上的氣候，用來評價一種海燕巢的條件。 醫(yī)療護(hù)理：英特爾公司推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對老齡化社會的技術(shù)項目的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。 軍事領(lǐng)域：美國國防部遠(yuǎn)景計劃研究局已投資幾千萬美元，幫助大學(xué)進(jìn)行"智能塵埃"傳感器技術(shù)的研發(fā)。哈伯研究公司總裁阿爾門丁格預(yù)測：智能塵埃式傳感器及有關(guān)的技術(shù)銷售將從2004年的1000萬美元增加到2010年的幾十億美元。 美國商業(yè)周刊和MIT技術(shù)評論在預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的報告中，分別將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為21世紀(jì)最有影響的21項技術(shù)和改變世界的10大技術(shù)之一。傳感器網(wǎng)絡(luò)、塑料電子學(xué)和仿生人體器官又被稱為全球未來的三大高科技產(chǎn)業(yè)。 關(guān)于“壓電生電供電”的技術(shù)，目前國內(nèi)外的技術(shù)還不夠成熟，很多專家都還在進(jìn)一步探索當(dāng)中。 1996年日本的Mikio Umeda研究了利用電容來存儲來自壓電發(fā)電裝置發(fā)出電量。在1998年，美國科學(xué)家Jhon Kymissis進(jìn)行了壓電發(fā)電裝置電容儲能電路的深入探究，并設(shè)計了一專門為微電子設(shè)備供能的電容儲能電路。在壓電發(fā)電領(lǐng)域中，電量儲存的研究基本局限于以電容作為電量儲存媒介的方法上，在國內(nèi)，尚未發(fā)現(xiàn)可以充電電池作為電量儲能媒介的研究。在國外，利用充電電池作為電量儲能媒介的方法研究也剛起步。在2005年，美國的Henry A. Sodaono進(jìn)行了不同壓電材料對充電電池的研究，其實驗中用的壓電振子面積大，不適用于小體積機電設(shè)備的自身功能。在本作品中提出了利用小面積壓電振子為能源，給可充電電池充電的研究思想。
