無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的低功率電源轉換方案

　　我們周?chē)写罅凯h(huán)境能源，傳統的能量收集方法一直采用太陽(yáng)能電池板和風(fēng)力發(fā)電機。不過(guò)，新的收集工具允許我們用種類(lèi)繁多的環(huán)境能源產(chǎn)生電能。此外，重要的不是電路的能量轉換效率，而是那些可以用來(lái)給電路供電的“平均收集”能量數量。例如，熱電發(fā)生器將熱量轉換成電能，壓電組件轉換機械振動(dòng)，光伏組件轉換太陽(yáng)光 （或任何光源）。這樣就有可能給遠程傳感器供電，或者給電容器或薄膜電池等儲能器件充電，以便微處理器或發(fā)送器能夠無(wú)需本地電源而接受遠程供電。

　　無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)（WSN）基本上是一個(gè)獨立的系統，它由一些換能器組成，能將環(huán)境能源轉換成電信號，其后跟著(zhù)的通常是DC/DC轉換器和管理器，以通過(guò)合適的電壓和電流給下游電子組件供電。下游電子組件包括微控制器、傳感器和收發(fā)器。

　　在實(shí)現WSN時(shí)，需要考慮的一個(gè)問(wèn)題是：運行這個(gè)WSN需要多少功率？從概念上看，這似乎是一個(gè)相當簡(jiǎn)單的問(wèn)題，然而實(shí)際上，由于受到若干因素的影響，這是一個(gè)有點(diǎn)難以回答的問(wèn)題。例如，需要間隔多長(cháng)時(shí)間獲取一次讀數？或者，更重要的是，數據包多大？需要傳送多遠？ 這是因為，獲取一次傳感器讀數，系統所用能量約有50%是收發(fā)器消耗掉的。有若干種因素影響WSN能量收集系統的功耗特性。

　　當然，能量收集電源提供的能量多少取決于電源工作多久。因此，比較能量收集電源的主要衡量標準是功率密度，而不是能量密度。能量收集系統的可用功率一般很低，隨時(shí)變化且不可預測，因此常常采用連接到收集器和輔助電力儲存器的混合架構。收集器（由于能量供給不受限制和功率不足）是系統的能源。輔助電能儲存器 （電池或電容器） 產(chǎn)生更大的輸出功率但儲存較少的能量，在需要時(shí)供電，除此之外定期接收來(lái)自收集器的電荷。因此，在沒(méi)有可從其收集能量的環(huán)境能源時(shí)，必須用輔助電能儲存器給WSN供電。當然，從系統設計師的角度來(lái)看，這進(jìn)一步增加了復雜性，因為他們現在必須考慮，必須在輔助電能儲存器中儲存多少能量，才能補償環(huán)境能源的不足。究竟需要儲存多少能量，取決于幾個(gè)因素，包括：

　?。?） 環(huán)境能源不存在的時(shí)間。

　?。?） WSN占空比（即讀取數據和發(fā)送數據的頻度）。

　?。?） 輔助電能儲存器（電容器、超級電容器或電池）的尺寸和類(lèi)型。

　?。?） 環(huán)境能源是否足夠？ 即既能充當主能源，又有足夠的富余能量給輔助電能儲存器充電，以當環(huán)境能源在某些規定時(shí)間內不可用時(shí)，給系統供電。

　　環(huán)境能源包括光、熱差、振動(dòng)波束、發(fā)送的RF信號或者其他任何能夠通過(guò)換能器產(chǎn)生電荷的能源。以下表1說(shuō)明了不同能源能夠產(chǎn)生的能量大小。

　　表1：能源及其產(chǎn)生的能量大小