采集能源定量供應(yīng):無線傳感器節(jié)點(diǎn)功耗限制

圖1顯示了一個(gè)實(shí)例網(wǎng)絡(luò)以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)的子系統(tǒng)。基于易于部署和更低安裝成本方面的考慮，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都要求能夠以無線方式通信。為了降低通信開銷和縮短響應(yīng)時(shí)間，我們希望節(jié)點(diǎn)能夠本地處理傳感器數(shù)據(jù)，并可以控制傳動(dòng)器。對(duì)大量的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行日常維護(hù)（例如：電池更換等），其成本可能會(huì)極其的高。理想的情況是僅依靠存儲(chǔ)/采集能源傳感器便可持續(xù)工作數(shù)年時(shí)間。

傳感器、無線電設(shè)備和微控制器 (MCU) 的選擇取決于具體的應(yīng)用性質(zhì)。本文重點(diǎn)介紹辦公環(huán)境下的傳感器網(wǎng)絡(luò)，其面向的應(yīng)用包括能源管理、安全或者資源規(guī)劃等。

能源與存儲(chǔ)

光能通常是室內(nèi)環(huán)境下存在最多的一種環(huán)境能源形式。現(xiàn)代的一些太陽(yáng)能電池（由非晶硅制成），在一個(gè)200 lux熒光燈光源的照射下，可產(chǎn)生約5uW/cm2。表 1列舉出了能源獲取速率的估計(jì)值，其表明一塊10cm2太陽(yáng)能電池可產(chǎn)生70–120 uW。

表1 一般室內(nèi)熒光燈照明環(huán)境下的能源獲取速率近似值

微型熱發(fā)電機(jī)利用一定的溫度梯度來產(chǎn)生電能。但要產(chǎn)生15uW/cm3的功率密度，熱采集器需要約10oC的熱梯度。許多應(yīng)用環(huán)境，特別是室內(nèi)環(huán)境，都沒有較大幅度的溫度波動(dòng)。因此，熱采集器的適用性受限于這些環(huán)境。

當(dāng)今的一些振動(dòng)能源采集器，需要約1.75–2.00g的加速度（室內(nèi)環(huán)境一般沒有這么大的量級(jí)）來產(chǎn)生60微瓦的功率。

能量存儲(chǔ)的板上容量非常有限，而采集環(huán)境能源的機(jī)會(huì)也很有限，因此需要傳感器非常節(jié)省地使用能源。例如，電池容量為100mAh的一塊太陽(yáng)能電池獲得70uW，便可為10年的節(jié)點(diǎn)使用壽命提供一半時(shí)間的供電。該節(jié)點(diǎn)必須讓其各子系統(tǒng)工作，且平均功耗不得高于39uW。