基于MEMS微型发电机的微能源系统性能测试技术研究

摘要

随着微加工技术的进步和对微型发电机研究的深入，基于MEMS微型发电机的微能源系统已经可以满足低功耗器件的供电要求。但是现有的微型发电机性能测试手段存在人工参与频繁、操作步骤多、数据记录量大等缺点，无法满足微能源系统对测试技术的要求。因此，开展微能源系统的测试技术研究，研制出相应的自动测试系统，具有重要的科学意义和应用价值。
　　针对MEMS微型发电机及MEMS微能源系统的研究开发对相应测试方法和测试技术及系统的迫切需求，在分析微能源系统组成结构和传统电源测试方法的基础上，提出了一种基于ARM9和单片机控制的微电源性能测试系统技术方案。设计采用S3C2440A作为主处理器，搭建了核心板的最小系统硬件接口电路。根据测试要求，设计了多路输入、动态切换的单片机控制电路并完成装调。采用面向对象的编程方法设计完成了微电源性能测试系统的图形用户界面及测试程序，编写了单片机通信、控制程序。实验表明，该系统可以测量微电源的储能状态特性和对负载供电的静态和动态特性，具有操作简单方便、界面友好、测量迅速准确等特点，满足了研究开发MEMS微型发电机及微能源系统的需要。
　　论文的主要研究工作是：
　　①在查阅大量文献的基础上，总结了微型发电机及微能源系统性能测试的国内外研究现状，分析了微能源系统的组成结构和应用对象，提出了微电源性能测试系统的设计方案；
　　②设计出测试系统的硬件结构方案，主要搭建了以ARM9为核心的嵌入式硬件顶层平台，设计了由89C52单片机控制的底层采样控制电路，实现了应用负载动态切换和超级电容器多种方式储能等测试功能；
　　③分析了测试系统的功能需求，构建了嵌入式软件平台，完成了系统功能模块设计，编写了单片机控制、通信程序，开发出满足基本功能需求的图形用户界面和测试应用程序；
　　④完成了测试系统样机的装调，对振动式微型发电机在环境激励下的特性进行了测试，并对测试结果进行了分析。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究目的及主要内容

1.4本章小结

2 系统测量原理和总体方案设计

2.1 微能源系统主要评价指标

2.2 系统测量原理

2.3 系统总体方案设计

2.4本章小结

3 测试系统硬件电路设计

3.1 测试系统硬件结构总体方案设计

3.2 ARM嵌入式硬件平台

3.3 单片机控制电路

3.4本章小结

4 测试系统软件程序设计

4.2 嵌入式软件平台构建

4.3 应用程序开发

4.4本章小结

5 系统调试及实验

5.1系统调试

5.2 初步实验

5.3本章小结

6 结论与展望

6.1 论文主要工作及结论

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附 录