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无线传感器节点功耗限制子系统的设计

2022-06-02 13:28分类:传感器 阅读:

 

如果我们周边的操作系统可以自身检验其环境破坏并作出反映,这不容置疑会改变我们的日常生活。无线网络感应器互联网就这样一个系统软件,系统软件中的一些分布式系统感应器执行(连接点)根据wifi方法彼此通讯,一同对物理学刺激性作出回应。文中阐述了连接点的一些全新发展趋势状况,协助您掌握系统软件级的设计方法。

图1表明了一个案例互联网及其每一个结点的分系统。根据便于实施和更低安裝成本费层面的考虑到,每个连接点都需要可以以wifi方法通讯。为了更好地减少通讯花销和减少响应速度,大家期待连接点可以当地解决感应器数据信息,并能够操纵传动系统器。对很多的结点开展日常维护保养(比如:充电电池拆换等),其成本费也许会非常的高。理想化的具体情况是仅借助储存/收集电力能源感应器便可持续性工作中多年時间。

图1感应器连接点根据收集电力能源供电系统,独立分辨其环境破坏状况,并可使用多种多样协议书实现通讯。

感应器、无线通信机器设备和微处理器 (MCU) 的选取在于实际的使用特性。文中主要详细介绍工作环境下的无线传感器,其针对的运用包含能源管理体系、安全性或是資源整体规划等。

电力能源与储存

太阳能一般 是室内空气下存有最大的一种自然环境电力能源方式。当代的一些太阳能电池板(由非晶硅做成),在一个 200 lux 荧光灯管灯源的直射下,可造成约 5 uW/cm2。

小型热发电量机运用一定的温度场来造成电磁能。但要造成 15 uW/cm3 的功率,热数据采集器必须约 10oC 的热梯度。很多应用场景,尤其是室内空气,也没有较急剧的气温起伏。因而,热数据采集器的适用范围受制于这种自然环境。

现如今的一些震动电力能源数据采集器,必须约 1.75–2.00 g 的瞬时速度(室内空气一般沒有这么大的数量级)来造成 60 微瓦的输出功率。

动能储存的板上容积十分比较有限,而收集自然环境电力能源的机遇也很比较有限,因而必须感应器十分节约地应用电力能源。比如,电池电量为 100 mAh 的一块太阳能电池板得到 70 uW,便能为 10 年的连接点使用期限给予一半時间的供电系统。该连接点务必让其各分系统工作中,且均值功能损耗不可高过 39 uW。

连接点分系统

MCU、无线通信机器设备、感应器和传动系统器材有非常差异的功能损耗/特性特点。要想达到系统软件功能损耗费用预算,规定感应器连接点以最好的形式管理方法其分系统。图 1 表明了用来完成一个连接点的一些分系统。

当代的一些功耗低 MCU 工作中在约 1MHz 数字时钟頻率下时,其最高值功能损耗约为 345 uW。假定感应器数据处理方法规定一般为中等水平,MCU 的pwm占空比能够很小(比如:低于1%),以减少均值功能损耗。

感应器连接点一般 以相比较低的速度,传输物理变化和有关操纵信息等信息内容。

仅做为设计的一般具体指导标准。伴随着光端机设计方案的发展趋势,其功能损耗急剧下降。挑选某类光端机架构时,考虑到设计方案的各个领域很重要。无线网络 (LAN) 光端机比 Zigbee? 光端机耗费很少的电力能源/比特犬,但其对于高些的数据速率开展了提升,最高值功能损耗高些。

与房间内运用有关的一些感应器案例包含:温度表、温度感应器、话筒和主动式红外线感应器。如今的一些溫度及温度传感器和话筒,最高值功能损耗约为 70–80 uW。可以检测人类活动的一些主动式红外线传感器的最高值功能损耗一般为 100–500 uW。溫度及温度传感器检测迟缓转变的状况,而且工作中在低pwm占空比下,而用以检测健身运动的其他一些感应器关掉则会减少检测特性。在很多运用中,感应器必须比数据处理方法或是无线通讯大量的电力能源。因而,达到系统软件功能损耗费用预算,规定应用创新性的办法来管理方法感应器。

结果

虽然在预估、通讯和感测器层面均有了很大的发展,可是缺少充足的开关电源和电力能源,这依然是摆放在完成传感器网络互联网眼前的一个不容乐观挑戰。电力能源收集和储存的一些技术性发展在持续的减轻开关电源短板,但终端设备运用的一些要求也在持续推升其规定。若要拉进这类不断出现的开关电源-要求差别,规定一种系统软件级的设计方法,对功能开展最好的最合适的解决,以达到节能环保目地,与此同时确保最少程度的服务水平。将来的传感器网络连接点,可能独立融入随时长变动的使用要求和能源需求。

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