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国际期刊的创新在计算机和通信工程的研究

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家庭自动化和能量收集无线传感器网络中

Sukesha1哈曼,普里特考尔2
  1. 旁遮普大学助理教授,UIET、昌迪加尔、印度
  2. 旁遮普大学的学生,UIET、昌迪加尔、印度
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国际期刊的创新在计算机和通信工程的研究

文摘

最近的进步能源收获(EH)技术允许无线传感器网络(网络)来扩展他们的一生中可用的能量环境。传感器运行的光伏电池上指控基于人造光和日光。控制算法应用于家庭自动化系统得到的结果。电源管理器管理收割机和节点的能量供应。本文测量能量收获从日光或人工光源并检查其消耗,能量收获,可用能量和评估他们对时间和季节(夏季和冬季)。这收获能量使用通过控制使用无线传感器网络的家庭自动化。

关键字
能量收获、能源消耗、能源采集、无线传感器、MPPT算法,经理,控制算法。

我的介绍。
无线传感器网络(网络)是由分布式自治传感器随机部署在遥远的地方收集或监控物理或环境条件,如温度等和声音传输到基站。应用领域包括环境监测交通控制、家庭自动化、结构健康监测等。大多数网络依赖电弧有限的能源电池,将最终取代或充电。由于网络规模大,更换电池也通常是非常昂贵的,不切实际的或困难的在敌对的环境中。能量收集能源是有前途的选择。也称为电力收获或清除,能源来自外部源的过程例如太阳能、动能等。在这一领域的最新进展让电池供电节点从环境中清除能量和动力电池节点。人们一直在探索如何存储的热量很多十年。水车风车是能量的主要的动力来源是收获。存储能量的主要原因是整个传感器网络节省能源和利用它是必需的。
能量收集环境能量转换成电能,这是军用和商用领域的极大兴趣。设备如光电、热电、静电、热电等可以作为传感器。能量可以由人力收割像生物医学,踏板动力和许多更多。能量收获从自然资源如太阳能、风能、热能等是无穷无尽的[1][2]。能量可以存储在各种设备如电容器、超级电容器和电池。能量收集家庭自动化系统中起着至关重要的作用,减少依赖电池山顶有不同程度的收获能量变化很大从应用程序到应用程序[3]。本文组织如下。第二部分是对无线传感器网络相关工作。在第三部分简要介绍家庭自动化系统的控制算法。第四部分解释了在光伏电池储存的能量。 The MPPT algorithm is used to get better results that are described in section V. Section VI shows the management of the power that is used in the process. Then the results are shown in Section VII. Finally, Section VIII is the conclusion.

二世。相关工作
无线传感器网络中使用的应用程序,比如:家庭自动化、环境、医疗等。这些将讨论一个接一个[4]。能量收获也是无线传感器网络的一个组成部分。能量从微弱的光,可用在室内。电路使用的最大功率点跟踪翻译(MPPT)电路,能量存储电路,能量瞬时放电电路和直流-直流转换器[4]。电池少在建筑自动化传感器用于无线能量收获[5]。自动化的构建也通过利用电池使用无线能量收获更少的传感器和RFID应用程序利用电磁场提供电力[5]。无处不在的辐射可以从无线电发射器和手机基站可以用来收获能量。光传感器也用于控制室内闪电。吸引了来自周围的激动的能量传感器将温顺添加到系统设计。这里的能量收获来自日光和人造光[6]。 Recognition of the wireless sensor nodes which harvests energy from thermoelectric harvester module is also helpful in aircraft applications [7]. The zigbee-based energy harvesting in wireless sensor networks is also analyzed and energy consumption is also checked [18].
有一个伟大的医学科学领域的进步。从传统的方式检测人体的问题现在一天的单机系统代替手工的方式检测人体的问题[9]。可以使用可穿戴设备监控任何关键的人体伤害。一个节能ASIC(专用集成电路)在医疗卫生保健应用程序也提出[10]。Enocean是一个无线技术,无线设备的灵活性以及能量收集技术,解决了最常见的无线设备的电池。它是关于如何节约能源在无线传感器网络中。Enocean提供了一种低功耗设计[11]。

三世。家庭自动化
家庭自动化是完整的自动控制。电器如空调(AC)、粉丝、灯光等都是集中控制。它提供了改进的方便、安全、舒适。通过智能手机和平板电脑连接家庭自动化已成为近年来非常流行的由于他们的负担能力和简单。
家庭自动化系统包括相互关联的组件,这些组件是一种集中式的分布式系统。的一些特点,它应该如下:-
1。未来:安装的技术应该是稳定的,证明和可靠的技术。很难升级或卸载一个系统。
2。成本:以较小的成本应该有最大的好处。大量的传感和驱动通信过程中使用。导致成本的增加,或者系统的效率低下。
3.安全:未经授权的访问、隐私入侵等威胁是非常普遍的。系统应妥善保护。
4所示。用户交互:一个没有经验的用户也应该是舒适的在理解得很好。接口必须熟悉的控制,应该容易理解。
5。安装费用:系统不应完全依赖有线通信。没有多少变化应在现有的系统,以避免任何开销。
本文的控制AC,风扇和灯。传感器部署传感的任何更改。一些假设的过程。没有人在家里从早上9点到下午5点。这意味着不使用电器。这次不会有消费之间。消费将在下午5点以后开始。
在夏天的最大使用交流将在中午12点,因为照度随时间和一个小变化是直到3点,因此后来开始降低。在夜间有完全不同的效果,这是相对更好。控制算法实现,以便有合适工作的技术。控制算法控制电器的工作。这些什么时候设备开启/关闭。

四、能量储存
光伏电池产生的电力将太阳能辐射转换成电能,光生伏打效应。的力量,将生成采用太阳能电池板,太阳能电池组成。太阳能光伏是可持续的能源。传感器操作光伏电池,基于环境日光和人造光。有大范围的矿车等光伏电池(pv),热振动发电机(羊毛)或食腐动物。太阳能光伏发电系统提供最高功率密度[6]。pv是容易实现与其他技术相比,此外他们小,便宜。因此pv广泛应用于能源网络收获[12]。图1显示了与电池存储光伏系统的工作。

翻译诉MPPT算法
MPPT算法负责控制器是使用或提取的最大可用功率光伏模块。它起着至关重要的作用,因为它允许模块产生的最大力量的能力。越多,结果就会越好。翻译的最大功率点跟踪(MPPT)控制的光伏系统对光伏系统的成功至关重要。翻译的MPPT方法网格太阳能电池充电器获得最大可能的力量从一个或多个光伏设备。有三个呈现的爬山算法,P&O(扰乱和观察),MP&O(修改扰乱和观察)和EPP(估计扰乱和扰乱)[12]。由于其简单P&O翻译方法是最受欢迎的MPPT算法。第一次扰乱后操作当前功率计算,因此相比于前一个值。由于一些限制P&O MP&O技术。
图2隔离的波动造成的扰动过程由于辐照度或天气变化。辐照度的变化估计在每一个扰乱过程计算的功率变化量是由于大气条件的变化。MP&O方法的跟踪速度然后P&O方法的一半。因为光伏电压不是保持不变和估计过程停止跟踪最大功率点。MP&O算法得到Vref从而将进一步使用的电源管理技术得到的结果。

VI。电源管理
电源管理是一个重要的问题在传感器网络中,由于担忧是有效地使用可用的能源。由于没有拴在能源基础设施可用。我们需要管理权力,这样不是浪费,应该明智地使用它,因为它是收获能量。图3是流程图的经理。
电源管理器采用控制能量从光伏面板,其供电等。理想控制器管理低电源的能量将会收获。虽然控制电池不充电或放电(10% < SOC < = 95%)。经理偶尔点力量WSnet能量的来源,太阳能收割机还是电池[13]。图显示了电源管理器的流程图。阈值的值是VThr1 = 3.6 v和VThr2 = 4 v计算根据电池的工作电压和传感器节点。在启动电源管理器测量电压是由太阳能收割机。首先,阈值比较然后力量经理决定哪些电源可供选择,太阳能收割机或电池应该权力节点。如果光伏面板电压小于VThr2但超过VThr1节点直接连接到光伏面板。和电压高于VThr2,那么连接到太阳能收割机只节点和指控电池,如果电池SOC < 95%。如果电压是低VThr1节点使用电池供电。
照明光的强度。闪电可以自然(阳光等)或人为(灯等)。“图4显示,照明和时间之间的曲线是线性的。在一天开始的照明是少的,因为太阳是完全没有,然后随着时间的增加强度。照度计算[14]:
照明=通量在夏天/总面积;
照明成正比通量和面积成反比(被认为是)。面积保持不变,取决于房间考虑.Illumination将增加的数量随着时间的增加当傍晚时候因此照明将开始减少,因为强度会降低。
辐照度是电磁辐射的功率单位辐射通量,事件在一个表面上,根据它们之间的关系没有太多变化与光伏电池的辐照度数据。通过使用以下我们得到辐照度之间的关系和权力[15]。
辐照度(i) =(力量(我)* 3.14)/ 2
值是负的,当他们没有电力系统中使用。因此辐照度也下降。
能耗在整个场景中扮演一个重要组成部分。产生的电力,然后食用。减少电力消耗我们只需要激活传感器在测量过程。这样不会浪费能量.Measurement间隔设置为T时间间隔= 15分钟
传感器的平均功耗密度增加而增加或权力平均功耗[9]的计算:
的价值密度的下降导致曲线的下降。巨大的变化在能源的消耗。
可用太阳能随时间的一天。MPPT方法重要的是尽可能多的权力。光伏面板的电流-电压特性是非线性和辐照度的变化它的变化。权力是电流与电压的结果。利用辐照度和温度,太阳能收割机计算电流和电压。温度变化是由于辐照度的变化。权力是最低的开始,因为电流和电压。因此当他们增加的力量也是如此。
家庭自动化系统中温度起着重要的作用。温度随季节的变化,温度会更在夏季与冬季相比。“图8显示房间的温度随时间的变化[17]。房间的温度将分别是正常的在两个季节。当温度达到某一极限AC /加热器开启和关闭当温度达到所需的水平。图中描述了一个房间的温度时,设备开启和关闭山顶有很大的波动,因为当设备开启/关闭房间温度保持不变,然后开始减少或增加。
图9显示的次数打开空调夏天时在一个房间里。当它达到一定的温度因此空调关闭。这是打开的次数显示消耗的能量[18]。能量收获,那么我们得到的能量消耗。通过使用:
能量收获= 261 *时间
能源消耗=(3 *活跃灯*的房间数量)* 40 *
能源消耗将取决于收获能量和能量消耗。图10显示了在夏天温度对时间的变化。在夏季最高温度在一个封闭的房间是35摄氏度时交流是关闭的,当打开空调房间内的温度会降低,当它完全好房间里说,温度达到18摄氏度然后交流是关闭的,变异被认为因为温度不是固定在任何时间,继续波动。图11显示了温度对时间的变化在冬季。记录的最低温度是5摄氏度后,打开加热器它达到20摄氏度,因此加热器关闭.Stability是当温度达到20摄氏度这是因为关闭加热器温度并不立即降低,稳定一段时间,开始减少。
图12显示电压是收获的权力。由于天气的变化可以有电压的波动。在恶劣的天气在下雨或多雾的电压非常少.Voltage增加随着时间增加。随着时间的消逝,随着能量收获的增加。

八世。结论
介绍了自动控制温度在一个房间里,使用电器(空调、加热器)从周围或人工收获能量闪电。控制算法是用来控制家庭自动化。提取的最大功率光伏面板,MPPT算法被使用。会得到最大的权力,会给更好的结果。电源管理技术使用,这样不浪费力量和最大使用功率收割。冬季和夏季不同的照度和辐照度。有最大的能源消费比上午或下午的时间晚上的强度将会处在顶峰。将没有使用的能量从朝九晚五的没有人在家。在晚上的时间能量收获人工来源。在未来的压电电补丁可以用来获取能量。

数据乍一看
图1 图2 图3 图4
图1 图2 图3 图4
图1 图2 图3 图4
图5 图6 图7 图8
图1 图2 图3 图4
图9 图10 图11 图12

引用