在無線傳感器節點中實現超長電池使用壽命
發布時間:2021-06-08 責任編輯:wenwei
【導讀】隨著物聯網 (IoT) 的不斷延伸,對於無線傳感器節點的需求也在不斷地增長。在IoT網絡中集成了很多不同的傳感器類型:溫度、濕度、壓力和環境光,不勝枚舉。隨著在IoT網絡中增加感測功能的需要不斷增加,傳感器節點的電池使用壽命也變得越來越重要。
比(bi)如(ru)說(shuo),如(ru)果(guo)要(yao)通(tong)過(guo)安(an)裝(zhuang)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian),把(ba)一(yi)幢(zhuang)商(shang)用(yong)建(jian)築(zhu)變(bian)為(wei)智(zhi)能(neng)樓(lou)宇(yu)的(de)話(hua),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)想(xiang)象(xiang)得(de)到(dao)的(de)是(shi),也(ye)許(xu)需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)數(shu)千(qian)個(ge)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)來(lai)與(yu)不(bu)同(tong)的(de)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)鏈(lian)接(jie),如(ru)恒(heng)溫(wen)器(qi)、煙(yan)霧(wu)和(he)火(huo)災(zai)檢(jian)測(ce)器(qi),以(yi)及(ji)諸(zhu)如(ru)此(ci)類(lei)的(de)設(she)備(bei)。由(you)於(yu)不(bu)可(ke)能(neng)為(wei)每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)鋪(pu)設(she)供(gong)電(dian)線(xian)路(lu),所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)電(dian)池(chi)來(lai)充(chong)當(dang)電(dian)源(yuan)。然(ran)而(er),為(wei)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)更(geng)換(huan)數(shu)以(yi)千(qian)計(ji)的(de)電(dian)池(chi)可(ke)是(shi)一(yi)項(xiang)大(da)工(gong)程(cheng)。
為(wei)了(le)降(jiang)低(di)與(yu)電(dian)池(chi)養(yang)護(hu)相(xiang)關(guan)的(de)成(cheng)本(ben),並(bing)且(qie)減(jian)少(shao)與(yu)之(zhi)相(xiang)關(guan)的(de)工(gong)作(zuo)量(liang),確(que)保(bao)每(mei)個(ge)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)具(ju)有(you)盡(jin)可(ke)能(neng)長(chang)的(de)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)也(ye)就(jiu)變(bian)得(de)很(hen)有(you)必(bi)要(yao)了(le)。大(da)多(duo)數(shu)常(chang)見(jian)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)采(cai)用(yong)占(zhan)空(kong)比(bi)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。在(zai)這(zhe)種(zhong)運(yun)行(xing)機(ji)製(zhi)中(zhong),節(jie)點(dian)加(jia)電(dian),記(ji)錄(lu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)測(ce)量(liang)值(zhi),將(jiang)數(shu)據(ju)無(wu)線(xian)發(fa)送(song)至(zhi)中(zhong)央(yang)集(ji)線(xian)器(qi)或(huo)網(wang)關(guan),然(ran)後(hou)自(zi)行(xing)關(guan)閉(bi),或(huo)者(zhe)使(shi)用(yong)低(di)功(gong)耗(hao)模(mo)式(shi)或(huo)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)來(lai)關(guan)閉(bi)。影(ying)響(xiang)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)是(shi)接(jie)通(tong)狀(zhuang)態(tai)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian),接(jie)通(tong)狀(zhuang)態(tai)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu),關(guan)閉(bi)狀(zhuang)態(tai)持(chi)續(xu)時(shi)間(jian)和(he)關(guan)閉(bi)狀(zhuang)態(tai)平(ping)均(jun)電(dian)流(liu)。
一個針對濕度和溫度傳感器節點 (TIDA-00374) 的TI Design參(can)考(kao)設(she)計(ji)演(yan)示(shi)了(le)一(yi)個(ge)對(dui)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)進(jin)行(xing)占(zhan)空(kong)比(bi)操(cao)作(zuo)的(de)經(jing)優(you)化(hua)方(fang)法(fa)。一(yi)個(ge)納(na)米(mi)級(ji)功(gong)耗(hao)係(xi)統(tong)定(ding)時(shi)器(qi)和(he)超(chao)低(di)功(gong)率(lv)泄(xie)露(lu)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)替(ti)代(dai)了(le)內(nei)部(bu)無(wu)線(xian)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi) (MCU) 係統定時器,來控製何時為無線MCU和傳感器節點供電。一個無線MCU讀取具有集成溫度傳感器的濕度傳感器,以搜集環境數據。一旦環境數據被發送,無線MCU通知納米級係統定時器來斷開無線MCU和濕度傳感器的電源。圖1中顯示的是這款TI Design的係統方框圖。

圖1.針對星形網絡的濕度和溫度傳感器節點,可由紐扣電池供電運行10年以上
zhegecankaoshejiyouhualezhenggexitongdianchideshiyongshouming,qiyuanyinshinamijigonghaoxitongdingshiqihechaodixielufuzaikaiguanjiangguanbizhuangtaipingjundianliujianshaodaoshushihaoweianpei,diyudaduoshuchangjianMCU關斷模式下的電流值。此外,這個參考設計中使用的無線MCU和濕度傳感器功耗極低,從而將接通狀態下的平均電流減少到5mA以下。由於傳感器測量和無線數據傳送隻需大約30ms的時間即可完成,在每分鍾測量一次時,據估算,整個係統電池的使用壽命為10.5年。
隨著IoT網wang絡luo越yue來lai越yue普pu及ji,這zhe個ge使shi用yong納na米mi級ji功gong耗hao係xi統tong定ding時shi器qi的de占zhan空kong比bi架jia構gou使shi得de無wu線xian傳chuan感gan器qi節jie點dian現xian實shi可ke行xing。隨sui著zhe係xi統tong電dian池chi使shi用yong壽shou命ming比bi電dian池chi本ben身shen的de保bao質zhi期qi都dou要yao長chang,這zhe款kuanTI Design參考設計表現出無線傳感器節點在多種全新應用中的實用性。
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