采集能源定量供應：無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)功耗限制

如果我們周?chē)南到y能夠自己檢測其環(huán)境變化并做出反應，這毫無(wú)疑問(wèn)會(huì )徹底改變我們的生活。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )就是這樣一個(gè)系統，系統中的一些分布式傳感器實(shí)施（節點(diǎn)）通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式相互通信，共同對物理刺激做出響應。本文概述了節點(diǎn)的一些最新發(fā)展情況，幫助您了解系統級的設計方法。

圖 1 顯示了一個(gè)實(shí)例網(wǎng)絡(luò )以及每個(gè)節點(diǎn)的子系統?；谝子诓渴鸷透桶惭b成本方面的考慮，各個(gè)節點(diǎn)都要求能夠以無(wú)線(xiàn)方式通信。為了降低通信開(kāi)銷(xiāo)和縮短響應時(shí)間，我們希望節點(diǎn)能夠本地處理傳感器數據，并可以控制傳動(dòng)器。對大量的節點(diǎn)進(jìn)行日常維護（例如：電池更換等），其成本可能會(huì )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工作數年時(shí)間。

圖 1 傳感器節點(diǎn)通過(guò)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(jìn)行通信。

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

能源與存儲

光能通常是室內環(huán)境下存在最多的一種環(huán)境能源形式?，F代的一些太陽(yáng)能電池（由非晶硅制成），在一個(gè) 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(yáng)能電池可產(chǎn)生 70–120 uW。

表 1 一般室內熒光燈照明環(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(lái)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。許多應用環(huán)境，特別是室內環(huán)境，都沒(méi)有較大幅度的溫度波動(dòng)。因此，熱采集器的適用性受限于這些環(huán)境。