新型无线传感器网络节点供电方案.pdf

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1、2011年第30卷第3期传感器与微系统(rrransducerandMicrosystemTechnologies)57新型无线传感器网络节点供电方案刘锋，徐金梧，阳建宏，黎敏(北京科技大学机械工程学院。北京100083)摘要：工业现场对振动信号等快变量进行采集时，需要对无线传感器网络节点进行在线供电。通过分析开关噪声对无线传感器网络节点通信质量的影响，并结合传感器网络的工作特点，给出无线传感器网络供电方案的设计要求。针对开关噪声的宽频谱特点，提出适用于无线传感器网络的供电方案，实验表明：该供电方案可有

2、效消除电源噪声。关键词：无线传感器网络；开关噪声；供电方案中图分类号：TN923文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)03-0057-03A▲neWtYPeOtnDOwerSUDDl1Vsch’emetnOrwi●rel’esssens0rnetworksnodesLIUFeng，XUJin—WU，YANGJian-hong，LIMin(SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofScience&TechnologyBeijing，BeUing10

3、0083，China)Abstract：Thewirelesssensornetworksnodesneedonlinepowersupplyinordertoacquirefastvibrationsignalsinindustrialenvironments．Theinfluenceofswitchingnoiseontelecommunicationisanalyzed，andthedesignrequirementsofpowersupplyofwirelesssensornetworksare

4、suggested．Aschemeofpowersupplyisputforwordconsideringthewidespectrumofswitchingnoises．Experimentsshowthattheschemeofpowersupplycansuppressthenoiseseffectively．Keywords：wirelesssensornetworks；switchingnoises；schemeofpowersupply0引言片均针对电池供电进行设计，当电源出现一定噪声时，性

5、能无线传感器网络用于工业现场的状态信息采集时，应下降较多，研究噪声对无线传感器网络节点的影响，并提出用对象和应用环境均发生变化。工业生产过程，除需对温一种合理的电源方案，对工业现场快信号的采集具有重要度、压力等慢变量进行采集外还需对机械振动等快变量进意义。行变送。由于在线监测时无线传感器网络节点连续工作时对电源噪声滤波已经进行了大量研究：文献[3]对市间长，耗电量较大，需要采用在线供电。工业环境存在大量电电网滤波器设计进行了研究；文献[4]对开关电源噪声电动设备和工具，尽管进行了相应保护，仍然对电网存在

6、一的机理进行了分析并提出抑制方案；文献[5]对卫星通信定污染，呈现为浪涌电压和高次脉冲群等干扰。相对于线电源滤波器进行了设计。现有的电源滤波方案均采用电感性电源，开关电源不仅效率高、体积小，而且调压范围广，抗器与电容器组合滤波，虽然插入损耗小，但滤波效果受器件干扰能力强，是工业环境理想的电源⋯。然而，开关电源限制。文献[6]对基于飞电容的高效率低噪声电荷泵进行的工作原理决定了输出电压存在因功率器件开关动作引起了研究，然而，电荷泵一般工作于高频切换状态，仍然会产的电源开关噪声，对后级电路将产生一定影响，尤

7、其对噪声生尖峰干扰，且受高速电容容量限制，持续供电能力有限。敏感的模拟量采集与无线通信模块影响显著。文献[2]对本文基于CC2511芯片，首先对开关电源噪声引起的低频电源噪声对微波振荡器的输出之间的关系进行了研无线传感器节点性能变化进行测量和分析，根据无线传感究，而开关噪声频谱极宽，相对低频噪声来说，对通信模块器网络节点工作特点，提出适用于快信号采集的无线传感的影响更加严重。目前，无线传感器网络所使用的通信芯器网络电源供电方案。收稿日期：2010-07-02基金项目：国家自然科学基金资助项目(50674

8、010)；国家“863”计划资助项目(2007AA04Z169)58传感器与微系统第3O卷1电源噪声分析开关电源通过电子开关，对高压直流电源进行高频斩波，为降低电磁于扰，并考虑到开关管的损耗，一般选择100kHz左右的方波进行开关控制。在小功率场合，一般使用金属氧化物场效应管(MOSFET)进行斩波控制。文献[7]对高频应用下的MOSFET进行了分析，并给出一个典型的N沟道MOSFET模型，如图1所示。图3无线信号功率谱nrainFig3P