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無線可充電傳感器網絡一對多充電器方案

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無線可充電傳感器網絡一對多充電器方案

無線可充電傳感器網絡(Wireless Rechargeable Sensor Networks,WRSNs)由隨機部署在監控網絡中的多個傳感器節點(Sensor Nodes,SNs)和可移動的充電裝置(Mobile Charger,MC)組成。 傳感器節點將監測到的數據信息發送到匯聚節點或基站,再由其上傳至終端,如此便能夠被用戶監測。WRSNs 的應用十分廣泛,在森林防火、生態系統監測、室溫監測、車輛追蹤等領域都離不開傳感器網絡。 這些應用給WRSNs 提出了一個共同的需求,即,傳感器網絡能夠持續有效的工作,并且不需要高頻率的維護。 由于傳感器節點的電池容量小,能量問題成為約束傳感器網絡發展的一大瓶頸。

現有的能量補充技術根據充電范圍可以分為單對單充電技術[4](one to one charging,OO)和單對多充電技術[5-8](one to many charging,OM)。 單對單充電技術中MC 只能同時給一個節點充電,為了使充電效率最高,往往將MC 緊貼著傳感器節點進行充電,如此導致充電成本過高,其他節點等不到充電就能量耗盡死亡。 單對多充電技術基于磁耦合諧振充電技術,MC 可以同時為充電范圍內的多個傳感器節點同時進行能量補充。

磁耦合諧振充電技術目前廣泛應用于無線可充電傳感器網絡中的多跳能量傳輸,該技術在文獻[9-10]中有詳細描述,將發射線圈和接收線圈調節成相同頻率,能量可通過強諧振耦合在線圈之間發生傳遞,能夠有效延長充電距離,增加網絡的可拓展性。

基于磁耦合諧振充電技術的單對多充電方案的相關工作往往是將充電問題轉化為充電覆蓋問題,即在充電范圍內盡可能多的覆蓋節點,提高網絡覆蓋率,如此便能有效減少充電小車的移動成本和時間,為網絡生存爭取更長的周期。 但是現有工作往往忽略了磁耦合諧振充電技術的能量分配,對于充電小車的??课恢脹]有考慮發射線圈與接收線圈、以及多個接收線圈之間的高度、角度和距離等物理因素產生的互感對能量傳輸效率的影響,本文基于前人關于互感[11-13]的研究工作,提出一個有效的基于磁耦合諧振技術的在線一對多充電方案,默認線圈部署的高度和角度相同,根據線圈間的距離變化對充電效率的影響規律,來確定移動充電裝置的具體的最優??课恢?,本方案滿足以下約束條件:首先要在盡可能覆蓋更多節點的情況下使總充電效率最高;其次,電池的過度充電會對電池的壽命有一定影響,因此要盡量避免充電過度,這便提出兩個要求,一是未發出充電請求的節點,即使在MC 充電覆蓋范圍內,也不要對其進行充電,二是在同一個充電覆蓋范圍內的多個請求充電的節點,盡可能根據其需求電量來規劃MC 的??课恢?,如此能夠時多個節點盡量在同一個時間點完成能量補充,不僅能夠保護電池,還能夠有效減少總的充電耗時,增長網絡生存時間。


一對多充電器方案


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| 發布時間:2021.05.16    來源:充電器廠家
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