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低功耗能量采集传感器方案

导读: 智能环境代表了家庭自动化和楼宇自动化的未来。各种传感器、控制器和执行器分布在整个环境中,并发挥多种作用。

  智能环境代表了家庭自动化和楼宇自动化的未来。各种传感器、控制器和执行器分布在整个环境中,并发挥多种作用。这种分布也带来了一些技术挑战。例如,每个传感器都需要有自己的电源。监视电池的低电量状态是一项标准操作。但是,更换电池需要人工辅助。本文提出了一种低功耗能量采集传感器的实现方案。当传感器需要发送大量数据或执行连续测量时,能量采集供电的无线传感器更为适合。采用能量采集供电的传感器可在数年内完全免维护,而电池供电的传感器在几个月内就会耗尽电量。

  如今的无线传感器实现方案五花八门。但是,此类系统的总成本不仅仅取决于硬件。实施不同行业标准的成本也会增加总成本。这不仅包括附加的软硬件要求,还包括不甚明显的项目,如认证(例如ZigBee和Bluetooth4.0),甚至可能涉及版税。

  本文提出了一些简单的低功耗能量采集技术,可用于实现免维护的无线传感器。此外,本文还将展示如何在提供稳固性能的同时保持较低的总成本,特别是在经济高效的无线网络领域。

  能量采集原理

  能量采集系统的基本原理是存储能量(无论是使用镍氢电池之类的可充电电池还是使用超级电容)供将来需要时使用。除此之外,能量采集无线传感器基本上与电池供电的传感器相同。主要的区别在于(非充电式)电池供电的无线传感器设计为使用电池工作特定一段时间。能量采集传感器节点的优势是,可以无限采集能量供将来使用。通常情况下,它能够采集的能量非常有限(受价格和/或物理尺寸限制)。因此,必须对无线发送器和传感器本身的能源使用加以平衡,以减少对采集能量的使用。

  不同的能量采集设备

  目前,市场上有多种不同的能量采集设备可选。最常用的设备为太阳能电池板。它有着不同的尺寸,从串联和/或并联多个太阳能电池的大型电池板,到用于手持式计算器或玩具的超小型电池。

  另一种类型的设备是RF采集设备。此设备使用天线接收无线电波,然后将其转换为电能。这是一种非常特别的能量采集设备,因为它需要高RF能量。机电能量采集设备通常在电感线圈附近使用磁性运动部件。热电能量采集设备可通过温度梯度产生少量电能。这类热能设备依赖于塞贝克效应。

  是否实施无线标准

  当添加无线功能时,一些缺乏经验的用户往往只会想到实施RF行业标准,如ZigBee或Bluetooth。但是,根据实际的应用需求,实施特定标准可能是实际要求,也可能不是。一般来说,仅当最终产品必须与市场上的现有产品兼容时,才需要实施特定标准。选择使产品与其他产品(由其他公司销售)兼容,实际上是一个更复杂的商业决策。需要权衡是否提供兼容性。此外,在一些情况下必须提供兼容性(如用于手机的无线耳机),而另外一些情况下无法添加兼容性或者添加成本过高(如简单的IR遥控)。

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