利用環(huán)境電磁波為無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)供電新方案
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1．2 電磁波能量收集方案
設計的電磁波能量收集方案如圖3所示。首先通過(guò)天線(xiàn)和諧振電路獲取信號，其次通過(guò)倍壓整流電路對信號放大和能量轉換，再通過(guò)電源管理電路將能量供給微功耗節點(diǎn)執行通信等任務(wù)。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/161830.htm
電能搜集天線(xiàn)需要高增益、等效接收面積大、較寬的頻帶，傳統天線(xiàn)形式難以適應。擬收集的810 kHz AM電波波長(cháng)為370 m，為與接收波長(cháng)相比擬，天線(xiàn)最佳接收長(cháng)度需達到數百米，實(shí)現困難。文中采用了接地的L型天線(xiàn)，長(cháng)度為10 m，距地2 m，在天線(xiàn)末端加可調電感將天線(xiàn)調諧到最佳接收頻率，得到最大輸出功率。10 m雖然未達到最佳接收長(cháng)度，但通過(guò)調諧，最大輸出功率可達85μW。該天線(xiàn)的不足是必須接地，但實(shí)際研究發(fā)現，一些不接地的導體也可以當作天線(xiàn)，只要面積足夠大，例如鐵柜、鋁合金窗、樓頂水箱等。
為使接受到的信號能量驅動(dòng)傳感器節點(diǎn)工作必須進(jìn)行整流放大。天線(xiàn)接受的電能在μV～mV量級，對后續整流、升壓、儲能及電源管理都提出了挑戰。其中電路中的開(kāi)關(guān)、整流器等自身的損耗不可避免。
文中采用倍壓電路將電壓放大。倍壓電路級數增加可以增大輸出電壓，但電流卻相應減小，此外，隨著(zhù)級數增加，所使用的二極管增多，電路功率損耗增大。因此要選擇功率損耗最小且輸出電壓足夠節點(diǎn)工作的倍壓級數。不同倍壓級數情況下的電壓與功率關(guān)系如圖4所示。一般無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的工作電壓為2～3 V，因此選擇一級倍壓可達到要求。
2 低功耗喚醒功能的電源管理電路
為使傳感器節點(diǎn)在環(huán)境電磁波能量較少的地區也能工作，進(jìn)一步降低傳感器節點(diǎn)的功耗要求，研究了睡眠／喚醒機制，設計了有定時(shí)喚醒功能的電源管理電路。電源管理電路控制節點(diǎn)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成，如圖5所示。
其中，儲能電容由1 000μF的鉭電容構成，電壓偵測電路由MCU的AD和MOS管等構成。S1閉合，能量收集系統開(kāi)始對儲能電容充電。S2先打在下方，起限壓充電作用。當LED亮時(shí)，儲能電容兩端電壓約為3．4 V，此時(shí)可把S2打到上方，使節點(diǎn)進(jìn)入定時(shí)喚醒工作狀態(tài)。
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