無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的低功率電源轉(zhuǎn)換方案

來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)  作者：秩名2014年04月17日 10:18

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[導(dǎo)讀] 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)（WSN）基本上是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，它由一些換能器組成，能將環(huán)境能源轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其后跟著的通常是DC/DC轉(zhuǎn)換器和管理器，以通過(guò)合適的電壓和電流給下游電子組件供電。下游電子組件包括微控制器、傳感器和收發(fā)器。

關(guān)鍵詞：WSN電源轉(zhuǎn)換無(wú)線傳感器

　　我們周圍有大量環(huán)境能源，傳統(tǒng)的能量收集方法一直采用太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。不過(guò)，新的收集工具允許我們用種類繁多的環(huán)境能源產(chǎn)生電能。此外，重要的不是電路的能量轉(zhuǎn)換效率，而是那些可以用來(lái)給電路供電的“平均收集”能量數(shù)量。例如，熱電發(fā)生器將熱量轉(zhuǎn)換成電能，壓電組件轉(zhuǎn)換機(jī)械振動(dòng)，光伏組件轉(zhuǎn)換太陽(yáng)光 （或任何光源）。這樣就有可能給遠(yuǎn)程傳感器供電，或者給電容器或薄膜電池等儲(chǔ)能器件充電，以便微處理器或發(fā)送器能夠無(wú)需本地電源而接受遠(yuǎn)程供電。

　　無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)（WSN）基本上是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，它由一些換能器組成，能將環(huán)境能源轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其后跟著的通常是DC/DC轉(zhuǎn)換器和管理器，以通過(guò)合適的電壓和電流給下游電子組件供電。下游電子組件包括微控制器、傳感器和收發(fā)器。

　　在實(shí)現(xiàn)WSN時(shí)，需要考慮的一個(gè)問(wèn)題是：運(yùn)行這個(gè)WSN需要多少功率？從概念上看，這似乎是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，然而實(shí)際上，由于受到若干因素的影響，這是一個(gè)有點(diǎn)難以回答的問(wèn)題。例如，需要間隔多長(zhǎng)時(shí)間獲取一次讀數(shù)？或者，更重要的是，數(shù)據(jù)包多大？需要傳送多遠(yuǎn)？ 這是因?yàn)椋@取一次傳感器讀數(shù)，系統(tǒng)所用能量約有50%是收發(fā)器消耗掉的。有若干種因素影響WSN能量收集系統(tǒng)的功耗特性。

　　當(dāng)然，能量收集電源提供的能量多少取決于電源工作多久。因此，比較能量收集電源的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)是功率密度，而不是能量密度。能量收集系統(tǒng)的可用功率一般很低，隨時(shí)變化且不可預(yù)測(cè)，因此常常采用連接到收集器和輔助電力儲(chǔ)存器的混合架構(gòu)。收集器（由于能量供給不受限制和功率不足）是系統(tǒng)的能源。輔助電能儲(chǔ)存器 （電池或電容器） 產(chǎn)生更大的輸出功率但儲(chǔ)存較少的能量，在需要時(shí)供電，除此之外定期接收來(lái)自收集器的電荷。因此，在沒有可從其收集能量的環(huán)境能源時(shí)，必須用輔助電能儲(chǔ)存器給WSN供電。當(dāng)然，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的角度來(lái)看，這進(jìn)一步增加了復(fù)雜性，因?yàn)樗麄儸F(xiàn)在必須考慮，必須在輔助電能儲(chǔ)存器中儲(chǔ)存多少能量，才能補(bǔ)償環(huán)境能源的不足。究竟需要儲(chǔ)存多少能量，取決于幾個(gè)因素，包括：

　　（1） 環(huán)境能源不存在的時(shí)間。

　　（2） WSN占空比（即讀取數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的頻度）。

　　（3） 輔助電能儲(chǔ)存器（電容器、超級(jí)電容器或電池）的尺寸和類型。

　　（4） 環(huán)境能源是否足夠？ 即既能充當(dāng)主能源，又有足夠的富余能量給輔助電能儲(chǔ)存器充電，以當(dāng)環(huán)境能源在某些規(guī)定時(shí)間內(nèi)不可用時(shí)，給系統(tǒng)供電。

　　環(huán)境能源包括光、熱差、振動(dòng)波束、發(fā)送的RF信號(hào)或者其他任何能夠通過(guò)換能器產(chǎn)生電荷的能源。以下表1說(shuō)明了不同能源能夠產(chǎn)生的能量大小。

　　表1：能源及其產(chǎn)生的能量大小

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