采集能源定量供應:無線傳感器節點功耗限制

圖1顯示了一個實例網絡以及每個節點的子系統。基于易于部署和更低安裝成本方面的考慮，各個節點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時間，我們希望節點能夠本地處理傳感器數據，并可以控制傳動器。對大量的節點進行日常維護（例如：電池更換等），其成本可能會極其的高。理想的情況是僅依靠存儲/采集能源傳感器便可持續工作數年時間。

傳感器、無線電設備和微控制器 (MCU) 的選擇取決于具體的應用性質。本文重點介紹辦公環境下的傳感器網絡，其面向的應用包括能源管理、安全或者資源規劃等。

能源與存儲

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

表1 一般室內熒光燈照明環境下的能源獲取速率近似值

微型熱發電機利用一定的溫度梯度來產生電能。但要產生15uW/cm3的功率密度，熱采集器需要約10oC的熱梯度。許多應用環境，特別是室內環境，都沒有較大幅度的溫度波動。因此，熱采集器的適用性受限于這些環境。

當今的一些振動能源采集器，需要約1.75–2.00g的加速度（室內環境一般沒有這么大的量級）來產生60微瓦的功率。

能量存儲的板上容量非常有限，而采集環境能源的機會也很有限，因此需要傳感器非常節省地使用能源。例如，電池容量為100mAh的一塊太陽能電池獲得70uW，便可為10年的節點使用壽命提供一半時間的供電。該節點必須讓其各子系統工作，且平均功耗不得高于39uW。