基于環(huán)境電磁波的無線傳感器節(jié)點供電設(shè)計2
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為使傳感器節(jié)點在環(huán)境電磁波能量較少的地區(qū)也能工作，進一步降低傳感器節(jié)點的功耗要求，研究了睡眠/喚醒機制，設(shè)計了有定時喚醒功能的電源管理電路。電源管理電路控制節(jié)點的工作和休眠狀態(tài)，電源管理電路由儲能電容和電壓偵測電路構(gòu)成，如圖5所示。
其中，儲能電容由1 000μF的鉭電容構(gòu)成，電壓偵測電路由MCU的AD和MOS管等構(gòu)成。S1閉合，能量收集系統(tǒng)開始對儲能電容充電。S2先打在下方，起限壓充電作用。當(dāng)LED亮?xí)r，儲能電容兩端電壓約為3.4 V，此時可把S2打到上方，使節(jié)點進入定時喚醒工作狀態(tài)。
然后，當(dāng)充電電流大于節(jié)點的靜耗電流時，就可以對電容充電。MCU的AD每隔5 s對儲能電容兩端的電壓進行檢測，當(dāng)電壓3 V閾值時，MCU和射頻單元(RF)處于休眠狀態(tài)以降低功耗，當(dāng)電壓達到3 V閾值時，MCU被喚醒，利用它內(nèi)部的溫度感應(yīng)器件采集溫度數(shù)據(jù)并通過射頻單元返回給PC機。在休眠狀態(tài)下，各部分的靜耗電流如表1所示。休眠狀態(tài)下總靜耗電流2μA，這樣在滿足節(jié)點定期工作的同時，又減少了不必要的能源消耗。低功耗射頻喚醒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點比采用傳統(tǒng)睡眠/喚醒機制的節(jié)點具有更低的功耗。
3 實驗測試與結(jié)果分析
3.1 AM電波能量穩(wěn)定性測試
為了評估AM電波能量的穩(wěn)定性，進行了為期7天的測試。測試中，采用5級倍壓，每隔10 min測量一次天線的輸出電壓。由于中波發(fā)射塔全天候工作，且中波主要為地波傳播，基本不會受到氣候條件的影響。實際測試結(jié)果如圖6所示，其中周三至周四有一段時間內(nèi)電壓大幅下降，經(jīng)查是中波發(fā)射臺每周的停播檢修所致。其余時間內(nèi)，輸出電壓約為7 V波動，幅值偏差不超過30%，基本按24 h呈現(xiàn)周期性變化。
針對能量收集天線和AM收音機之間的相互影響，進行了定性測試。對比普通AM收音機在天線周圍1 m范圍內(nèi)和距天線50 m處收聽電臺的效果，發(fā)現(xiàn)二者的音質(zhì)和音量基本相同。同時，兩種情況下天線輸出電壓也較穩(wěn)定
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