從環(huán)境到Power醫療系統采集能量

本文著(zhù)眼于可用于收獲能量從環(huán)境到供電醫療系統的不同的技術(shù)，以及他們如何被集成到一個(gè)設計。從太陽(yáng)能電池到壓電發(fā)生器，也有可用于醫療監控系統，其中小型化是必不可少的幾種技術(shù)。

許多醫療應用中希望能夠產(chǎn)生動(dòng)力來(lái)自當地的環(huán)境，以避免電池充電的挑戰，并增強它們的連接。

沒(méi)電的電池可能意味著(zhù)丟失數據，并且在最需要他們的反應非常遲鈍的系統。具有在設備充電堵塞是不方便的，并且裝置的設備可能不提供在需要的時(shí)候，它可以是一個(gè)主要問(wèn)題。

在日益注重安全性也提出更大的挑戰誰(shuí)想要從供電穿戴式醫療監護儀克服這一挑戰的電池對環(huán)境收獲的能源系統設計。還有關(guān)鍵的電源管理問(wèn)題，這樣的設計考慮，而是一個(gè)范圍的開(kāi)發(fā)板可以幫助組合能量采集源，低功耗微控制器和無(wú)線(xiàn)鏈路。

太陽(yáng)能發(fā)電是供電給兩個(gè)傳感器和在可佩戴的醫療設備的無(wú)線(xiàn)鏈路的一個(gè)日益流行的方式。在使用設計的太陽(yáng)能電池的心臟是一個(gè)超低功耗微控制器，如德州儀器MSP430。這是用在的eZ430-RF2500-SEH太陽(yáng)能收集開(kāi)發(fā)工具包，以幫助創(chuàng )建永久供電的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )。所述模塊包括用于根據低強度熒光燈，它提供了足夠的電力來(lái)運行，沒(méi)有額外的電池的無(wú)線(xiàn)傳感器應用在室內工作的高效率太陽(yáng)能電池。輸入也可用于外部能量采集諸如壓電功率。

該系統還管理和存儲附加能量中的一對薄膜可充電電池，其能夠提供足夠的功率為400的傳輸而沒(méi)有任何外部電源的。這保證了醫療數據可以可靠地捕獲并不必擔心電池充電的，因為它們充當用于存儲能量，而應用程序正在睡覺(jué)，并具有光可收獲能量緩沖器傳輸。它們也具有非常低的自放電，這是一個(gè)無(wú)功率，能量采集系統是至關(guān)重要的。

的的eZ430-RF2500用于運行能量收集應用。它是一個(gè)完整的基于USB的MSP430無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)工具，并提供所有硬件和需要使用16 MHz的MSP430F2274單片機和CC2500無(wú)線(xiàn)收發(fā)器軟件。該收發(fā)器工作在未經(jīng)授權的2.4 GHz頻段與TI的SimpliciTI低功耗通信協(xié)議，鏈接回一個(gè)集線(xiàn)器可以是一臺PC或嵌入式數據采集中心，正是在這里，該設計的安全元素將實(shí)施。

德州儀器(TI)的eZ430-RF2500開(kāi)發(fā)系統的圖像

圖1：從德州儀器(TI)的eZ430-RF2500開(kāi)發(fā)系統采用太陽(yáng)能電池供電2.4 GHz無(wú)線(xiàn)連接，提供醫療傳感器數據中心。

這種方法確保了傳感器和無(wú)線(xiàn)鏈路具有足夠的功率從能量收集，高電流脈沖放在電池的特殊要求，并反復遞送脈沖電流超過(guò)一個(gè)給定的電池的建議的負載電流可降低電池的使用壽命。傳輸過(guò)程中的幾十毫安的脈沖電流在無(wú)線(xiàn)傳感器系統中常見(jiàn)和接收模式。不幸的是，電池的內部阻抗常常導致從遞送脈沖電流以操作外部電路所需的電壓停止電池的內部電壓降。

減輕這種影響的一種方法是將一個(gè)低等效串聯(lián)電阻(ESR)電容器兩端的電池。電池充電放電脈沖之間的電容器，和電容器提供給負載的脈沖電流。指定電容為在應用程序中一個(gè)給定的電池是一次幾個(gè)關(guān)鍵參數是已知的，包括電池的阻抗和電壓，操作溫度，和脈沖電流的幅值和持續時(shí)間的簡(jiǎn)單的過(guò)程。

的的eZ430-RF2500-SEH開(kāi)發(fā)板包括固件的考慮到這些限制，以及一個(gè)PC應用程序，可以顯示所有連接的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)和數據被傳送的MSP430。

Silicon Labs的也合并的超低功率無(wú)線(xiàn)傳感器，從一個(gè)能量收集源供電，用合適的微控制器，用于醫療系統周期性喚醒以測量和傳送的結果。因為它是從一個(gè)能量收集源供電，沒(méi)有電池需要更換的系統，其中有15年(或7 Ah)為具有薄電池，這只是0.17毫米高的預期壽命的壽命。

傳感器節點(diǎn)使用Silicon Labs的Si1012無(wú)線(xiàn)的MCU，工作在919.84 MHz和由太陽(yáng)能收集電源供電。當該節點(diǎn)不發(fā)送數據時(shí)，控制器可保持在低功率狀態(tài)，它僅消耗為50 nA。能量采集供應的漏電流，使能時(shí)，是約3微安和被抵消由少至50勒克斯照入太陽(yáng)能電池。這允許能量采集供應到即使在黑暗中的系統為大約7天后供電并在兩個(gè)與200勒克司照度和室外照明用萬(wàn)勒克司室內照明有效地工作。

能量收集RD開(kāi)發(fā)板從Silicon Labs的圖片

圖2：從Silicon Labs公司的能量收集RD開(kāi)發(fā)板可以操作它的919兆赫無(wú)線(xiàn)鏈路在黑暗的日子。