在無線傳感器節(jié)點中實現(xiàn)超長電池使用壽命

　　隨著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的不斷延伸，對于無線傳感器節(jié)點的需求也在不斷地增長。在IoT網(wǎng)絡(luò)中集成了很多不同的傳感器類型：溫度、濕度、壓力和環(huán)境光，不勝枚舉。隨著在IoT網(wǎng)絡(luò)中增加感測功能的需要不斷增加，傳感器節(jié)點的電池使用壽命也變得越來越重要。

　　比如說，如果要通過安裝無線傳感器節(jié)點，把一幢商用建筑變?yōu)橹悄軜怯畹脑?，我們可以想象得到的是，也許需要安裝數(shù)千個無線傳感器節(jié)點來與不同的設(shè)備進行鏈接，如恒溫器、煙霧和火災(zāi)檢測器，以及諸如此類的設(shè)備。由于不可能為每個節(jié)點鋪設(shè)供電線路，所以必須使用電池來充當電源。然而，為所有這些無線傳感器節(jié)點更換數(shù)以千計的電池可是一項大工程。

　　為了降低與電池養(yǎng)護相關(guān)的成本，并且減少與之相關(guān)的工作量，確保每個無線傳感器節(jié)點具有盡可能長的電池使用壽命也就變得很有必要了。大多數(shù)常見無線傳感器節(jié)點采用占空比的方法來延長電池壽命。在這種運行機制中，節(jié)點加電，記錄傳感器的測量值，將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至中央集線器或網(wǎng)關(guān)，然后自行關(guān)閉，或者使用低功耗模式或負載開關(guān)來關(guān)閉。影響整個系統(tǒng)電池壽命的主要因素是接通狀態(tài)持續(xù)時間，接通狀態(tài)平均電流，關(guān)閉狀態(tài)持續(xù)時間和關(guān)閉狀態(tài)平均電流。

　　一個針對濕度和溫度傳感器節(jié)點 （TIDA-00374） 的TI Design參考設(shè)計演示了一個對無線傳感器節(jié)點進行占空比操作的經(jīng)優(yōu)化方法。一個納米級功耗系統(tǒng)定時器和超低功率泄露負載開關(guān)替代了內(nèi)部無線微控制器 （MCU） 系統(tǒng)定時器，來控制何時為無線MCU和傳感器節(jié)點供電。一個無線MCU讀取具有集成溫度傳感器的濕度傳感器，以搜集環(huán)境數(shù)據(jù)。一旦環(huán)境數(shù)據(jù)被發(fā)送，無線MCU通知納米級系統(tǒng)定時器來斷開無線MCU和濕度傳感器的電源。圖1中顯示的是這款TI Design的系統(tǒng)方框圖。

　　圖1.針對星形網(wǎng)絡(luò)的濕度和溫度傳感器節(jié)點，可由紐扣電池供電運行10年以上

　　這個參考設(shè)計優(yōu)化了整個系統(tǒng)電池的使用壽命，其原因是納米級功耗系統(tǒng)定時器和超低泄露負載開關(guān)將關(guān)閉狀態(tài)平均電流減少到數(shù)十毫微安培，低于大多數(shù)常見MCU關(guān)斷模式下的電流值。此外，這個參考設(shè)計中使用的無線MCU和濕度傳感器功耗極低，從而將接通狀態(tài)下的平均電流減少到5mA以下。由于傳感器測量和無線數(shù)據(jù)傳送只需大約30ms的時間即可完成，在每分鐘測量一次時，據(jù)估算，整個系統(tǒng)電池的使用壽命為10.5年。

　　隨著IoT網(wǎng)絡(luò)越來越普及，這個使用納米級功耗系統(tǒng)定時器的占空比架構(gòu)使得無線傳感器節(jié)點現(xiàn)實可行。隨著系統(tǒng)電池使用壽命比電池本身的保質(zhì)期都要長，這款TI Design參考設(shè)計表現(xiàn)出無線傳感器節(jié)點在多種全新應(yīng)用中的實用性。