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用于智能家居建筑 (IoSHB) 应用的集成太阳能光伏系统——自持自主无线传感器网络

作者:小编时间:2022-10-27 14:40:34

配备无线传感器网络的智能家居建筑近来引起了公众的更大兴趣,这归因于它们以具有成本竞争力的方式提高居民舒适度的能力。WSN是一种集成传感、计算和网络以自动化数据采集、分析和遥测的网络。WSN允许在越来越多的应用中实现灵活的联网和能源消耗。在这些SHB中,分布式网络节点由配备传感器和微控制器的低功耗电子设备组成,能够定期接收、存储环境数据并将其传输到远程主机网络服务器。许多集成的WSN节点和可扩展的互联网诉求倾向于将传统的SHB用作智能家居建筑互联网。微纳米电力电子设备在SHB内被大规模使用,通过提高便利性、节省电力、提供远程监控和实时传感器数据监控来增加居民的舒适度。这是使用WSN和物联网设计实现的,在正规的足球外围网站的日常生活中变得越来越普遍。物联网在许多生活环境中的快速增长,例如智能家居、智能办公室和智能建筑,需要创建人机界面。每个WSN物理节点都配备了用于异构环境传感的多传感器设备,并且还可以对主控制器进行编码、预处理、发送和接收数据。一般来说,智能无线互联传感系统需要完成全新的物联网技术。


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在这种情况下,考虑到成本、尺寸和易于设置和安装,WSN节点在长距离通信的低功耗方面发挥着关键作用。因此,自主无线设备对有线电源的需求仍然是一个主要问题。该设备所需的电力通常以可拆卸电池的形式提供。网络通信越来越多地从有线发展到无线,所有传感器都相互连接、可互操作,并且需要快速部署。必须为自主传感器引入新的供电技术,提高技术知识,并通过消除电池转换作为一个大的操作和环境问题来增加采用率。AmbiMax是一种WSN节点能量收集电路和基于SC的储能装置,旨在解决现有WSN能量收集系统的电池老化问题。SC可以使用最大功率点跟踪技术以最大效率充电。此外,AmbiMax用途广泛,允许组合多种能量收集源,例如太阳、风、热能和振动,每种都有独特的最佳规模。Heliomote是一个独立的系统,由一块太阳能电池板和两节AA镍氢电池供电。太阳能电池板通过二极管直接连接到电池。此外,它缺乏高能量收集性能所需的MPPT。讨论无线嵌入式系统中太阳能收集设计的核心问题和权衡;Heliomote的设计、部署和性能评估。实验结果表明,Heliomote充当Berkeley/Crossbow微尘的插件,并自主处理能量收集和存储,允许传感器节点近乎永久地收集有意识的活动。中的正规的足球外围网站设计了一个信用卡大小的自供电传感器节点,可在800秒内产生240?W功率并为0.55FSC充电。正规的足球外围网站设计了一种超低功耗的0.9mW电磁能量采集器,可在1440秒内为12.8mFSC充电。沉等人。提出了一种电磁装置,可以产生21.51–31.6mW。中开发了一种基于2mFSC的压电能量收集WSN,最大可产生1.1mW,最大充电时间为67s。一个0.47mFSC可以在125秒内充电,并从中提出的振动产生46.06?W。一项超低功耗WSN能量收集系统的实验研究需要12小时的时间来为0.33FSC充电。一个电磁能量收集系统可以在30秒内产生11.5mW并为14.7mFSC充电,如中所述。设计了一种弧形摩擦纳米发电机从风和水流中获取能量。AS-TENG实现了高达600V的开路电压和40μA的短路电流,在15m/s的风速下瞬间点亮248个LED。在中构建了一个基于自供电压电传感器的单电极系统。该设备可以检测步行、跑步等身体运动以及蠕动泵、锁和窗户开关等一些机械设备的运动。如果未经授权的人员打开门或窗,自供电传感器可以通过智能手机向用户发出警告。


正规的足球外围网站在中介绍了SeisMote,这是一种用于跟踪心血管活动的现代便携式可穿戴工具。定制低功耗协议旨在以0.2ms的速度同时控制来自12个节点的32个信号。现场使用设备显示数据丢失的实验记录,电池充电超过16小时。楼宇自动化、农业、健康和医疗以及过程监控是能量收集技术很重要的重要领域。在建筑物中使用WSN以更好地监控和维护空气处理系统、减少建筑物能源使用并改善建筑物空气质量以确保居住者的健康是一个清晰的例证。2018年,住宅和非住宅建筑占全球最终能源使用量的最大份额为36%,与能源相关的二氧化碳排放量占39%。建筑物可以通过根据实时CO2浓度、温度和湿度自动控制空气处理系统来实现智能空气质量管理,最多可节省25%的能源成本。由于环境参数不会经常变化,物联网中的每个传感器节点都需要以主动模式运行,以定期进行传感、处理和通信。超低功耗模式具有相对较长的时间跨度,例如以毫瓦为单位的功耗以分钟为单位。


相比之下,耗电激活模式的周期相对较短,例如毫秒,功耗以mW为单位。因此,基于物联网的传感器节点的总功耗远小于主动模式。它允许利用环境能量收集组件为基于IoT的传感器节点供电,其中传感器节点睡眠周期期间的能量收集可以连续累积在电池或超级电容器中。能量收集和存储模块的长寿命允许驱动基于物联网的传感器节点,而无需考虑更换电池。已经尝试将光伏电池、电源控制电路甚至存储结合起来,以创建一个完全集成的光伏能量收集系统,最终可以为自供电物联网系统做出贡献。然而,由于无线数据传输的功率要求相对较高,降低物联网节点的整体功率使用具有挑战性。在室内照明条件昏暗的情况下,这限制了光伏能量的收集量,为室内物联网传感器节点供电的论据更加困难。因此,由光伏能量收集机制驱动的室内无线传感器网络不足以用于建筑物中的空气质量测量。还应该注意的是,大多数研究只是软件模拟工作的建议,很少有完整的实施。


正规的足球外围网站介绍了一种用于创新家庭应用的自主低功率光伏能源集成WSN框架的新概念,以促进研究和性能。仔细的硬件和软件集成用于开发利用现有软件平台的硬件原型,以实现长期可持续运营。MATLAB/SIMULINK等三个软件平台对能量收集部分进行仿真。使用Arduino集成开发环境和C++语言对ESP32微控制器进行编程,并使用android应用程序通过智能手机监控系统状态。由于其尺寸减小和能源自主,它适用于智能家居、办公室、楼宇自动化以及更广泛的物联网传感器应用。2个传感器等到消费者或集中控制主机。通过在拟议的SHB中仔细的硬件和软件集成来实现低功耗活动和能源使用。所提出模型的体系结构在第2节中介绍。第3节介绍了模拟和实验设置。第4节详细讨论了模拟和性能测试结果。正规的足球外围网站在第5节结束,重点介绍了结论和工作贡献。


智能家居建筑中的传统无线传感器网络通常由电池驱动,这限制了它们的使用寿命和可部署单元的最大数量。为了满足下一代SHB的能源需求,可以将WSN互连以构建智能家居建筑互联网,本研究介绍了250mW至2.3W能量收集设备的设计和实现。由于嵌入式太阳能光伏模块和通过超级电容器能够为WSN供电95秒的电力存储的集成,所提出的设备是动态自主的。部署的设备可以在最低50勒克斯和最高200勒克斯的照度下采集室内和室外环境光。而且,所提出的系统支持无线保真和蓝牙低功耗将数据传输到网络服务器作为完整的物联网设备。进一步开发了定制的安卓仪表板,用于智能手机上的数据监控。总而言之,这个自供电的WSN节点可以与SHB的用户交互以显示环境数据,这证明了它具有良好的适用性和稳定性。


在智能家居环境中开发并验证了太阳能光伏能量收集系统的完整原型。设计的EH设备和物联网系统能够操作三个物联网连接的传感器。随着硬件配置的实现,模型进行了仿真。模拟预测最佳结果。图5显示了AM-1816太阳能光伏组件的不同特性曲线。太阳能光伏电池的性能差异很大程度上取决于辐照度和温度。太阳能电池在辐照度最高、温度最低的条件下表现出最高的IV。同时,在最低辐照度和最高温度下产生最低的IV输出。就辐照度对光伏组件特性的影响而言,感应电流与总入射辐照度成正比,并在恒温下具有依赖性


正规的足球外围网站提出了一种具有低功率太阳能光伏模块的自主能量收集系统,用于智能家居建筑应用的室内和室外用途。开发的设备在意外停电甚至没有正常电网供电的情况下都可以正常工作。传感器数据可以通过智能手机仪表板上的物联网进行监控,也可以通过互联网网络服务器在任何地方进行监控。特别是对温度、湿度、湿度等三个传感器进行了测试,传感器的总消耗功率为200mW。相比之下,所提出的能量收集系统可以在任何室内环境下以50勒克斯的最低照度产生250兆瓦。所提出的设备可以在130勒克斯的最大照度下产生最大2.3W的功率。SC作为储能器可在25秒内快速充电至4.11V。一旦SC充满电,它可以不间断地备份完整的WSN节点95秒,并以每2秒的间隔向网络服务器传输总共40个数据串。开发的自供电能量收集系统可以自动为数十亿个传感器供电,尤其是智能家居建筑应用中使用的传感器。


光电训练系统

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