采集能源定量供應(yīng)：無線傳感器節(jié)點功耗限制

如果我們周圍的系統(tǒng)能夠自己檢測其環(huán)境變化并做出反應(yīng)，這毫無疑問會徹底改變我們的生活。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是這樣一個系統(tǒng)，系統(tǒng)中的一些分布式傳感器實施（節(jié)點）通過無線方式相互通信，共同對物理刺激做出響應(yīng)。本文概述了節(jié)點的一些最新發(fā)展情況，幫助您了解系統(tǒng)級的設(shè)計方法。

圖 1 顯示了一個實例網(wǎng)絡(luò)以及每個節(jié)點的子系統(tǒng)。基于易于部署和更低安裝成本方面的考慮，各個節(jié)點都要求能夠以無線方式通信。為了降低通信開銷和縮短響應(yīng)時間，我們希望節(jié)點能夠本地處理傳感器數(shù)據(jù)，并可以控制傳動器。對大量的節(jié)點進行日常維護（例如：電池更換等），其成本可能會極其的高。理想的情況是僅依靠存儲/采集能源傳感器便可持續(xù)工作數(shù)年時間。

圖 1 傳感器節(jié)點通過采集能源供電，自主判斷其環(huán)境變化情況，并可利用多種協(xié)議進行通信。

傳感器、無線電設(shè)備和微控制器 (MCU) 的選擇取決于具體的應(yīng)用性質(zhì)。本文重點介紹辦公環(huán)境下的傳感器網(wǎng)絡(luò)，其面向的應(yīng)用包括能源管理、安全或者資源規(guī)劃等。

能源與存儲

光能通常是室內(nèi)環(huán)境下存在最多的一種環(huán)境能源形式。現(xiàn)代的一些太陽能電池（由非晶硅制成），在一個 200 lux 熒光燈光源的照射下，可產(chǎn)生約 5 uW/cm2。表 1列舉出了能源獲取速率的估計值，其表明一塊 10 cm2 太陽能電池可產(chǎn)生 70–120 uW。

表 1 一般室內(nèi)熒光燈照明環(huán)境下的能源獲取速率近似值

微型熱發(fā)電機利用一定的溫度梯度來產(chǎn)生電能。但要產(chǎn)生 15 uW/cm3 的功率密度，熱采集器需要約 10oC 的熱梯度。許多應(yīng)用環(huán)境，特別是室內(nèi)環(huán)境，都沒有較大幅度的溫度波動。因此，熱采集器的適用性受限于這些環(huán)境。