基于射频无线电力传输供电的无电池资产跟踪模块的先进监控系统
编者按：涉及精准定位和运输数据的资产跟踪模块，非常适合组建无电池节点的无线传感器网络(WSN)。无电池的网络节点几乎可以部署在任何环境中，对维护工作的需求很少甚至没有。为了满足市场对先进无电池传感器标签解决方案日益增长的需求，本文提出一个在无线传感器网络中识别资产和监测资产移动速度的跟踪系统，无电池的资产标签通过射频无线电力传输(WPT)架构接收数据通信所需电能，并采用一个独有的测速方法生成时域速度读数。
图10.标签以0.1 m/s 的速度穿过读取器的实验结果
图11.标签以0.2m/s 的速度穿过读取器的实验结果
系统功能验证测试是在有工业传送带的实际环境中进行的。实验装置包括一条传送带、六个便携式读取器、无电池BLE标签和便携式示波器。传送带长18 m，六个读取器设为连续发射功率27 dBm，并沿传送带一边等间距排列放置，读取器间距Dx = 2.9 m，读取器与标签间距Dy = 0.4 m，如图12 所示。图13 是标签和测量标签的便携式示波器。在完成初始启动阶段前，标签一直在读取器之间往返移动。在第一个实验中，标签安装了一个330 F 的Cstorage 电容器，在跨过第33 个读取器后，完成初始启动阶段，与公式（5）的计算结果相符。在第二个实验中，Cstorage 电容降到100 F，越过13个读取器后初始启动成功，完全符合公式（5）的推算结果。这些实验重复做三遍，实验结果相同。
图12.实验装置：读取器的放置和安装在传送带上的标签及标签所连的示波器。
图13.实验装置：安装在传送带上的标签及标签所连示波器。
6.结论
本文详细介绍了一个基于RF WPT 技术的无电池BLE 标签资产跟踪系统，研究目的是探索有助于最大程度减少射频读取器数量的设计见解和最佳解决方案。本着这个研究目的，本文选择了基于WPT 和BLE 通信的系统架构，提出一个利用最大电压Vh、RF-DC 转换器的灵敏度和PCE、标签的移动速度、能耗等系统参数，计算所需最少读取器数量NoR 的数学模型。本文还开发一个系统设计方法，并采用该方法计算读取器的最小数量。数学模型还针对专门设计和表征的RF-DC 转换器的特定电路体系结构，提供了系统设计见解和指导原则。此外，本文还提供了无电池BLE 资产跟踪标签的速度和读取器数量之间的数学关系。最后，为证明实验结果与所提出模型之间的一致性，所提出的计算最小读取器数量和测量速度的方法的可行性，本文进行了实际系统测试。
关键词： 无线电力传输(WPT) 无线传感器网络(WSN) 射频 能量收集 无线充电 物联网
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