中文摘要：

电源已成为制约无线传感器网络应用发展的关键问题，虽然无线传感器属于低功耗电子器件，目前主要采用电池供电，但是，电池更换是非常麻烦的工作，特别是在林区应用时，这一问题更加突出。因此，如何就地取材，解决无线传感器的供电问题成为了相关领域的研究热点，目前的研究主要集中在环境微能量收集与转换技术。本项目针对无线传感器网络应用中存在的供电问题及太阳能、光能、风能、振动能、压电能、电磁波能等环境能在林区应用存在的缺陷，试图充分利用活立木与其生长土壤间存在电势差这一科学现象，研究我国典型林区活立木生物电与树种、树龄、土壤和气候之间的关系，揭示活立木生物电的产生机理，建立活立木生物电发电模型，在此基础上提出适合我国典型林区树种的活立木生物电收集方法，研制活立木生物电收集电路模块，优化电路参数，实现活立木生物电的不间断实时高效率收集、存储，为无线传感器网络技术在林区应用提供理论与技术支撑。

结论摘要：

森林环境信息的无线远程监测是精准林业的重要需求，如何为监测设备提供连续、可靠的电能是一个亟待解决的问题。本项目旨在研究活立木生物电的产生机理及其收集、利用方法，为林用低功耗监测设备提供可行的供电方案。项目研究了活立木生物电的产生机理及发电模型；为了获取长期、连续的活立木生物电及环境参数，研制了基于物联网技术的远程实时监测装置；基于长期、连续的测量结果，对活立木电源参数及环境参数对其的影响规律进行了研究；为了获取更高的电能，研究了电极材料和规格对活立木电能大小的影响；根据活立木电源参数特征，研制了活立木生物电收集装置，并对其进行了测试。本项目研究成果为林用低功耗监测设备提供了一种可行的供电方案，也为其他形式的林内环境微能量的收集和利用提供了技术基础。主要成果摘要如下 1. 对活立木生物电的产生机理和发电模型进行了研究。通过实验发现，活立木与土壤之间的电压大小由活立木内部及土壤的pH差值决定，两者之间的关系符合能斯特方程，从电化学角度解释了活立木生物电的产生机理，其发电模型符合双液原电池模型； 2. 研制了基于物联网技术的活立木生物电及环境参数远程实时监测装置。该装置能够对活立木电源内阻及环境参数进行长期、连续的测量。 3. 对活立木生物电源参数特性及环境参数对其的影响规律进行了研究。活立木生物电源内阻大小随季节和昼夜周期性变化。活立木内部树液含量对活立木生物电源内阻大小具有较大影响。 4. 研究了电极材料和规格对活立木电能大小的影响。 1）金属电极材料的导电性对活立木电能的输出能力具有较大影响。电极材料的导电性越强，获得的活立木电能越高，反之亦然。 2）金属电极材料的活动性对活立木电能的输出能力没有决定性影响。但是，金属材料的钝化会使获得的活立木电能急剧降低。 3）活立木电源输出电压与电极表面积呈对数关系电极表面积越大，电压越大，但电压的增长率降低。 5. 研制了活立木生物电收集装置，并对其进行了测试。选择两种低功耗升压芯片S8353D50和LTC3108，设计了两种活立木采集存储电路模块。两种电路模块中包括生物电能超级电容采集电路、充电泵电路、DC-DC升压电路、锂电池充电管理电路。其中充电管理电路由芯片LTC4071并配以纽扣式可充电锂离子电池LIR1220构成。对上述两种活立木生物电采集装置进行了一系列性能对比测试及能耗分析，实验表明所