贺学锋，李思宇，张 闯，齐 睿



宽带低频振动能采集器驱动的无线传感节点

贺学锋1,2，李思宇1,2，张 闯1，齐 睿1

(1. 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室 重庆 沙坪坝区 400044；2. 重庆大学微系统研究中心 重庆 沙坪坝区 400044)

提出一种自供能的无线温湿度传感节点，其主要由振动能采集器、电源管理电路、微控制器、温湿度传感器和无线收发模块构成，无线传感节点由一个带滚珠的低频宽带振动能采集器供电。当加速度的幅值频率分别为9.8 m/s2和18.4 Hz，负载为140 kΩ时，采集器一根压电梁的输出功率为0.51 mW，半功率带宽为17.8%或3.8 Hz。电源管理电路包括LTC3588-1芯片、LT3009芯片和一个2 200 μF的电容，微控制器采用低功耗MSP430F149单片机，无线收发模块采用nRF24L01。实验结果表明，当外界环境振动加速度幅值为1 g，频率从5 Hz增加到18 Hz时，该节点均可正常测量并发送环境的温湿度信息，只是时间间隔由848 s缩短为60.2 s。采集器的宽带低频特征使该无线传感节点可应用于多种环境。

宽频带; 能量采集器; 低频; 振动; 无线传感节点

与传统电池相比，将环境中广泛存在的机械能转换成电能的微型能量采集器具有体积小、质量轻、寿命长以及无需更换等特点，是无线传感节点的一种理想电源[1-2]。近年来基于压电效应[3-5]、电磁感应[6-7]和静电效应[8-9]的振动能采集器已成为国内外微能源研究的热点。对基于谐振机理的振动能采集器而言，若其固有频率偏离环境振动频率，输出功率将急剧降低[10-12]。自然环境中的振动能(如树枝摆动、桥梁振动等)大多具有宽带、低频特征，因此，研究宽带、低频的振动能采集器具有重要意义。……