基于環(huán)境電磁波的無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)供電設計2

　　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)。

　　然后，當充電電流大于節點(diǎn)的靜耗電流時(shí)，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(jìn)行檢測，當電壓3 V閾值時(shí)，MCU和射頻單元(RF)處于休眠狀態(tài)以降低功耗，當電壓達到3 V閾值時(shí)，MCU被喚醒，利用它內部的溫度感應器件采集溫度數據并通過(guò)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(mǎn)足節點(diǎn)定期工作的同時(shí)，又減少了不必要的能源消耗。低功耗射頻喚醒無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)比采用傳統睡眠/喚醒機制的節點(diǎn)具有更低的功耗。

　　3 實(shí)驗測試與結果分析

　　3.1 AM電波能量穩定性測試

　　為了評估AM電波能量的穩定性，進(jìn)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(xiàn)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(huì )受到氣候條件的影響。實(shí)際測試結果如圖6所示，其中周三至周四有一段時(shí)間內電壓大幅下降，經(jīng)查是中波發(fā)射臺每周的停播檢修所致。其余時(shí)間內，輸出電壓約為7 V波動(dòng)，幅值偏差不超過(guò)30%，基本按24 h呈現周期性變化。

　　針對能量收集天線(xiàn)和AM收音機之間的相互影響，進(jìn)行了定性測試。對比普通AM收音機在天線(xiàn)周?chē)? m范圍內和距天線(xiàn)50 m處收聽(tīng)電臺的效果，發(fā)現二者的音質(zhì)和音量基本相同。同時(shí)，兩種情況下天線(xiàn)輸出電壓也較穩定