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传感器特点

可对光伏(太阳能)发电机或热电发电机等各类

  如果我们周围的系统能够自己检测其环境变化并做出反应,这毫无疑问会彻底改变我们的生活。无线网络就是这样一个系统,系统中的一些分布式传感器实施(节点)通过无线方式相互通信,共同对物理刺激做出响应。本文概述了节点的一些最新发展情况,帮助您了解系统级的设计方法。

  图1显示了一个实例网络以及每个节点的子系统。基于易于部署和更低安装成本方面的考虑,各个节点都要求能够以无线方式通信。为了降低通信开销和缩短响应时间,我们希望节点能够本地处理传感器数据,并可以控制传动器。对大量的节点进行日常维护(例如:电池更换等),其成本可能会极其的高。理想的情况是仅依靠存储/采集能源传感器便可持续工作数年时间。

  图1传感器节点通过采集能源供电,自主判断其环境变化情况,并可利用多种协议进行通信。

  传感器、无线电设备和微控制器 (MCU) 的选择取决于具体的应用性质。本文重点介绍办公环境下的传感器网络,其面向的应用包括能源管理、安全或者资源规划等。

  光能通常是室内环境下存在最多的一种环境能源形式。现代的一些太阳能电池(由非晶硅制成),在一个 200 lux 荧光灯光源的照射下,可产生约 5 uW/cm2。

  微型热发电机利用一定的温度梯度来产生电能。但要产生 15 uW/cm3 的功率密度,热采集器需要约 10oC 的热梯度。许多应用环境,特别是室内环境,都没有较大幅度的温度波动。因此,热采集器的适用性受限于这些环境。

  当今的一些振动能源采集器,需要约 1.75–2.00 g 的加速度(室内环境一般没有这么大的量级)来产生 60 微瓦的功率。

  能量存储的板上容量非常有限,而采集环境能源的机会也很有限,因此需要传感器非常节省地使用能源。例如,电池容量为 100 mAh 的一块太阳能电池获得 70 uW,便可为 10 年的节点使用寿命提供一半时间的供电。该节点必须让其各子系统工作,且平均功耗不得高于 39 uW。

  MCU、无线电设备、传感器和传动器具有极为不同的功耗/性能特性。要想满足系统功耗预算,要求传感器节点以最佳的方式管理其子系统。图 1 显示了用于实现一个节点的一些子系统。

  现代的一些低功耗 MCU 工作在约 1MHz时钟频率下时,其峰值功耗约为 345 uW。假设传感器数据处理要求一般为中等,MCU 的占空比可以极小(例如:小于1%),以降低平均功耗。

  仅作为系统设计的一般指导原则。随着收发器设计的发展,其功耗越来越低。选择某种收发器构架时,考虑设计的各个方面很重要。无线局域网 (LAN) 收发器比Zigbee® 收发器消耗更少的能源/比特,但其针对更高的数据速率进行了优化,峰值功耗更高。

  与室内应用相关的一些传感器实例包括:温度计、温度传感器、麦克风和被动式红外传感器。现在的一些温度及湿度传感器和麦克风,峰值功耗约为 70–80 uW。能够探测人类活动的一些被动式红外传感器的峰值功耗一般为 100–500 uW。温度及湿度传感器监测缓慢变化的现象,并且工作在低占空比下,而用于探测运动的其它一些传感器关闭则会降低探测性能。在许多应用中,传感器需要比数据处理或者无线通信更多的能源。因此,满足系统功耗预算,要求使用创新的方法来管理传感器。

  尽管在计算、通信和传感方面都有了巨大的进步,但是缺乏足够的电源和能源,这仍然是摆在实现无线传感器网络面前的一个严峻挑战。能源采集和存储的一些技术进步在不断的缓解电源瓶颈,但终端应用的一些需求也在不断推高其要求。若想拉近这种持续存在的电源-需求差距,要求一种系统级的设计方法,对性能进行最佳的折中处理,以实现节能目的,同时保证最低限度的服务质量。未来的无线传感器节点,将会自主适应随时间变化的应用需求和能源供应。

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  bq24210器件是一款高度集成的锂离子线性充电器,面向空间受限的便携式应用。电池分三个阶段充电:调节,恒定电流和恒定电压,IC热保护和安全定时器。充电电流值可通过外部电阻进行编程。带输入过压保护的高输入电压范围支持低成本的非稳压适配器。具有可编程输入电压调节阈值的输入电压调节环路使其适用于从替代电源(如太阳能电池板或感应式充电板)充电。此外,当没有输入源时,IC具有负载模式,通过将电池连接到VBUS来为外围设备供电。负载模式具有电流限制功能,以防止过载。 特性 输入电压动态电源管理功能(VBUS_DPM) 可选择电池跟踪模式以最大化充电速率使用DPM功能的太阳能电池板 负载模式支持VBUS引脚连接负载 20V输入额定值,带过压保护(OVP) 1%电池电压调节精度 电流充电高达800 mA,充电电流精度为10% 输出电流控制的热调节保护 电池漏电流低 BAT短路保护 NTC输入监控 带复位控制的内置安全定时器 状态指示??充电/电源 采用小型2 mm×3 mm 10针WSON封装提供 参数 与其它产品相比 能源采集和太阳能充电   Cell Chemistry Charge Current (Max) (A) Control Topology ...

  bq25570 是一款高集成能量采集毫微功耗管理解决方案,此解决方案非常适合于满足超低功耗应用的特别需要。 本产品专门用于高效获取和管理从诸如光伏(太阳能)或热电发电机等各种不同直流源产生的微瓦 (µW) 至毫瓦 (mW) 级的电力。 bq25570 是第一款执行高效升压充电器的此类器件,此充电器具有针对无线传感器网络 (WSN) 等,对功率和运转有严格要求的产品和系统的毫微功耗降压转换器。 bq25570 的设计始于只需要微瓦电力即可开始工作的直流/直流升压转换器/充电器。 一旦启动,升压充电器能够有效地从诸如热电发电机 (TEG) 或单节或双节太阳能电池板的低压输出采集器中提取能量。 升压转换器能够在 VIN 低至 330mV 时启动,并且一旦启动,能够在 VIN 低至 100mV 时持续采集能量。 bq25570 还执行一个可编程最大功率点跟踪采样网络来优化进入器件的功率传输。 可通过将 VOC_SAMP 拉为高电平或低电平(分别为 80% 或 50%),或者通过使用外部电阻器来控制被采样和保持的开路电压的一部分。 这个被采样电压由内部采样电路维持,并由 VREF_SAMP 引脚上的外部电容器 (CREF) 保持。 例如,太阳能电池通常以它们开路电压的最大功率点 (...

  bq25505是全新智能化集成能量采集超低功耗管理解决方案新系列中的第一个,这些解决方案十分适合满足超低功能耗应用的特殊需求。本产品专门设计用于高效获取和管理从诸如光伏(太阳能)或热电发生器(TEG)等多种不同直流源产生的微瓦(μW)至毫瓦(mW)级的电能.bq25505是一款高效升压充电器,此充电器针对诸如具有严格的电源和工作要求的无线传感器网络(WSN)等产品和系统.bq25505的设计始于只需要微瓦电力即可开始工作的直流到直流升压转换器/充电器。 一旦启动,升压充电器能够有效地从诸如TEG或单节或双节太阳能电池板的低压输出采集器中提取能量。升压充电器能够在VIN低至330mV时启动,并且一旦启动,能够在V IN 低至100mV时继续采集能量。 bq25505执行一个可编程最大功率点跟踪(MPPT)采VIN_DC开环路电压的采样由外部电阻器设定,并且采样电压由一个外部电容器保存。例如,太阳能电池运行在它们开环路电压最大功率点(MPP)的80%,电阻分压器可被设定为VIN_DC电压的80%,并且此网络将控制VIN_DC在采样的基准电压附近运行。或者,可通过一个微控制器(MCU)来提供一个外部基准电压来产生一个更加复杂的MP...

  bq25504器件是首款新型智能集成能量采集毫微功耗管理解决方案,非常适合具有特殊需求的超低功耗应用。经过专门设计,可对光伏(太阳能)发电机或热电发电机等各类直流源中生成的微瓦(μW)到毫瓦(mW)级功率进行采集和管理.bq25504在同类器件中率先实现了针对具有严格电源和运行要求的产品和系统(例如,无线传感器网络(WSN))的高效升压转换器/充电器.bq25504的设计始于仅需微瓦功率即可开始工作的DC-DC升压转换器/充电器。 升压转换器/充电器启动之后,能够高效地从热电发电机(TEG)或一块/两块太阳能面板等低压输出采集器中获得能量。升压转换器可通过低至330mV的V IN 启动,启动之后,可依靠低至80mV的V IN 继续采集能量。 bq25504还实现了一个可编程的最大功率点跟踪采样VIN_DC开路电压采样通过外部电阻进行编程,并由外部电容(C REF )保持。 例如,对于最大功率点为可靠的电阻分压器设置为VIN_DC电压的80%,此时该网络会将VIN_DC控制在采样的基准电压附近。或者,也可以通过微控制器(MCU)提供外部基准电压,以产生一个更为复杂的MPPT算法。 bq25504经过设计,可灵活支持多种储能元件。能源采集器...

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