无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)技术实现了信息与能量的并行传输,改变了传统无线传感器网络的格局,具有重要的学术研究价值和广阔的应用场景。本文针对传统无线传感器网络中传感器节点功耗高、寿命短和维护难的缺陷,从无线能量传输技术和通信协议优化两个角度进行了学术研究与硬件实现,具体研究内容如下:(1)针对传统无线传感器网络中使用电池供电的节点存在成本高、寿命短、维护难以及不可持续发展的问题,提出了基于SWIPT技术的无线传感器节点模型,可以实现信息和能量在不同频点上的高效并行传输。(2)针对星型拓扑网络中心设备向节点发送信息时,节点长时间工作在接收机状态进行监听导致功耗过高的问题,提出了基于Enhanced ShockBurst底层协议的发射机主动响应协议(Transmitter Active Response Protocol,TARP),可以使节点始终工作在发射机模式的同时接收中心设备发送的信息。(3)针对无线传感器组网时由于数据撞包导致信息丢失的问题,改进了 ESB底层协议的数据包封装和丢包重发机制,提高了无线传感器网络的节点容量,突破了 ESB底层协议星型拓扑中最多8个节点的限制。(4)实现了基于SWIPT技术的实时气象监测网络,完成了中心设备和无线传感器节点的软硬件设计,并通过硬件实验验证了 SWIPT技术在无线传感器网络中应用的可行性与优越性。基于Nordic Semiconductor公司的nRF52系列微控制器、Vishay公司的VEML6075紫外线传感器和Bosch公司的BME280环境传感器实现了基于SWIPT技术的实时气象监测网络。通过硬件实验,测算出无线能量传输效率不低于70%,所有传感器节点都可以长时间稳定工作,验证了本文的可行性与应用价值。