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计算机、互联网和移动通信的发展非常迅速,推动了又一次信息产业的革命性发展,信息交互和通信的物与物之间的交互网络得以实现,这种信息交互网我们称之为物联网。物联网中无的线传感器网络是互联互通的,实现互联的基础是数量庞大的无线传感器节点,物联网中各个区域都有节点分布,用以完成数据采集,从而可以实现监测和控制等各种任务。无线传感器节点的供电是一个难以解决的问题,一般采用化学电池,但是由于节点的数量非常大,而且有的传感器节点所处的环境较为恶劣,甚至处于人员不能到达的环境中,因此无法保证及时的发现电源不足的电池,并及时更换这些电池。现今,广泛应用的无线型低功耗器件越来越多,器件的物理尺寸越来越小,电池位置记录和管理维护就变得更加困难。更换工作随之增加,而与之矛盾的是,在某些条件下,有的环境无法完成电池的更换工作。因此,人们想到一种可行的方法是通过特定方式,收集和转化周围环境振动能来实现对特定环境下低功耗器件供能,本文研究将环境振动能量转化为电能,并通过能量转换电路将振动能转化为输出特定电压的电源系统,具有一定的实践应用价值和现实意义。全文共分六章。 第一章阐述了电磁与压电混合式能量收集的研究背景、意义以及主要研究内容。首先介绍了振动能量收集技术的研究背景,并对其研究意义进行了说明,然后介绍了目前国内外能量收集技术的常见形式,比较了四种常见能量收集技术的特点,介绍了振动能量收集技术及其在低频振动能量收集领域的优势,介绍了四种主要的振动能量收集实现方式,分析提出论文的主要研究内容。第二章对电磁与压电混合式振动能量收集技术的相关理论进行介绍。对电磁感应和压电效应相关理论进行介绍以及相关特性进行总结和说明,对电磁感应和压电效应的相似性进行了研究说明。第三章对电磁和压电混合式振动能量收集系统模型进行研究。分析其结构参数对发电性能的影响,具体内容如下:首先,建立压电悬臂梁的数学模型,分析其结构参数与共振频率以及输出电压的关系。建立电磁发电结构的数学模型,分析电磁部分结构参数对系统输出性能的影响。分析确定了电磁和压电混合式振动能量收集装置的主要参数。第四章根据数学模型分析确定的结构参数,制作样机,搭建实验平台,实验测试系统性能。针对悬臂梁型电磁和压电混合方式的振动能量收集,设计了基于计算机的数据采集系统。首先,选择适合的硬件,搭建实验系统,利用激振器模拟外界环境中的振动源,用数据采集卡实现对激振器控制和对数据的采集。然后,实验测试了压电和电磁能量收集的开路电压,验证理论模型,同时分析了引起实验误差的主要原因。最后,测试了谐振状态下系统的开路输出电压以及系统的输出功率。同时验证了电磁和压电混合式能量收集方式能够有效地将外界环境中的振动能量转化为电能。第五章对振动能量收集与转换的接口电路进行研究,利用仿真软件对接口电路的基本单元进行分析。首先介绍了桥式整流电路以及倍压整流电路的基本原理,对其进行仿真分析;其次分析了两种形式滤波电路并通过仿真观察其滤波效果;再次介绍了降压和升压斩波电路两种直流变换电路的基本原理,通过仿真观察其升降压效果;然后对压电和电磁能量收集的整流滤波电路进行仿真分析,观察负载功率特性;最后,对压电和电磁两种能量收集方式进行了储能电路设计以及仿真分析。实验测试了系统的带负载能力及其功率特性,设计了一种电磁和压电混合式能量收集应用电路,对其实际效果进行了试验验证,提高了混合式能量收集系统的输出功率。第六章对本文主要工作和创新点进行总结,并对下一步继续深入的研究进行了规划和展望。