智能光纤传能传感网络的设计及性能研究

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光纤传能技术是一种新型供电方法,是利用激光器产生的激光能量在光纤介质中传输,通过光电转换器件进行光电转换,然后直接为应用设备提供能量的一种新型技术。与传统电力传输相比,光纤传能技术具有易于铺设、抗电磁干扰、原材料丰富、成本低等优势。随着激光器、光电转换器等研究不断深入,相应的各种器件不断发展成熟,光纤传能技术在工业生产、通信、物联网等领域具有重大的应用前景。此外,在某些需避免电磁干扰或易燃易爆等环境中,环境信息难以感知。针对这一问题,本文提出了利用光纤传能技术进行组网以感知多节点环境信息的方案,该方案为:在发射端使用激光器作为光源,通过远距离、低损耗的传能光纤来传输光能量,然后在接收端进行光电转换,从而为接收端中的应用终端提供能量,基于该方案,搭建了基于光纤传能技术的传感网络,实现了环境信息的感知以及远端设备的工作状态控制等功能,在网络显示控制终端上,可实现显示多个接收端的感知信息,并可控制接收端的工作状态。论文主要研究工作如下:首先,介绍了用在光纤传能传感网络的关键器件,如大功率激光器、传能光纤、光纤连接器、光电转换器件等,分析了这些关键器件的主要原理和主要性能,重点针对光纤传能传感网络的性能指标需求,进行了器件分析与选型。其次,给出了光纤传能传感网络的网络结构与设计思路;围绕光纤传能传感网络结构,设计了各主要功能模块,如发射端模块、应用端模块、光电转换及温度功率监测模块、电源管理模块等,并实现了相应功能模块的硬件电路。设计了模块之间的串口通信和网口通信等方式,分别对串口通信和网口通信进行协议设计。然后,基于微软基础库软件开发环境,实现了光纤传能传感网络的上位机显示和控制软件。该软件可实时采集和显示多个远端应用的温度、湿度等传感信息;可远程控制激光器和光电转换器的工作温度,从而保证光纤传能传感网络的安全可持续工作,还可对远端充电模块进行功率控制,通过循环交替的能量控制,以保证该光纤传能传感网络的持续可靠工作。最后,针对模块存在的不足,对主要功能模块进行优化,在此基础上搭建了智能光纤传能传感网络的原理样机,实现了上位机显示感知信息以及相应控制等功能。
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