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在無線傳感器節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)超長電池使用壽命

發(fā)布時(shí)間:2021-06-08 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的不斷延伸,對(duì)于無線傳感器節(jié)點(diǎn)的需求也在不斷地增長。在IoT網(wǎng)絡(luò)中集成了很多不同的傳感器類型:溫度、濕度、壓力和環(huán)境光,不勝枚舉。隨著在IoT網(wǎng)絡(luò)中增加感測功能的需要不斷增加,傳感器節(jié)點(diǎn)的電池使用壽命也變得越來越重要。
 
比如說,如果要通過安裝無線傳感器節(jié)點(diǎn),把一幢商用建筑變?yōu)橹悄軜怯畹脑挘覀兛梢韵胂蟮玫降氖?,也許需要安裝數(shù)千個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)來與不同的設(shè)備進(jìn)行鏈接,如恒溫器、煙霧和火災(zāi)檢測器,以及諸如此類的設(shè)備。由于不可能為每個(gè)節(jié)點(diǎn)鋪設(shè)供電線路,所以必須使用電池來充當(dāng)電源。然而,為所有這些無線傳感器節(jié)點(diǎn)更換數(shù)以千計(jì)的電池可是一項(xiàng)大工程。
 
為了降低與電池養(yǎng)護(hù)相關(guān)的成本,并且減少與之相關(guān)的工作量,確保每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)具有盡可能長的電池使用壽命也就變得很有必要了。大多數(shù)常見無線傳感器節(jié)點(diǎn)采用占空比的方法來延長電池壽命。在這種運(yùn)行機(jī)制中,節(jié)點(diǎn)加電,記錄傳感器的測量值,將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至中央集線器或網(wǎng)關(guān),然后自行關(guān)閉,或者使用低功耗模式或負(fù)載開關(guān)來關(guān)閉。影響整個(gè)系統(tǒng)電池壽命的主要因素是接通狀態(tài)持續(xù)時(shí)間,接通狀態(tài)平均電流,關(guān)閉狀態(tài)持續(xù)時(shí)間和關(guān)閉狀態(tài)平均電流。
 
一個(gè)針對(duì)濕度和溫度傳感器節(jié)點(diǎn) (TIDA-00374) 的TI Design參考設(shè)計(jì)演示了一個(gè)對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行占空比操作的經(jīng)優(yōu)化方法。一個(gè)納米級(jí)功耗系統(tǒng)定時(shí)器和超低功率泄露負(fù)載開關(guān)替代了內(nèi)部無線微控制器 (MCU) 系統(tǒng)定時(shí)器,來控制何時(shí)為無線MCU和傳感器節(jié)點(diǎn)供電。一個(gè)無線MCU讀取具有集成溫度傳感器的濕度傳感器,以搜集環(huán)境數(shù)據(jù)。一旦環(huán)境數(shù)據(jù)被發(fā)送,無線MCU通知納米級(jí)系統(tǒng)定時(shí)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的系統(tǒng)方框圖。
 
在無線傳感器節(jié)點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)超長電池使用壽命
圖1.針對(duì)星形網(wǎng)絡(luò)的濕度和溫度傳感器節(jié)點(diǎn),可由紐扣電池供電運(yùn)行10年以上
 
這個(gè)參考設(shè)計(jì)優(yōu)化了整個(gè)系統(tǒng)電池的使用壽命,其原因是納米級(jí)功耗系統(tǒng)定時(shí)器和超低泄露負(fù)載開關(guān)將關(guān)閉狀態(tài)平均電流減少到數(shù)十毫微安培,低于大多數(shù)常見MCU關(guān)斷模式下的電流值。此外,這個(gè)參考設(shè)計(jì)中使用的無線MCU和濕度傳感器功耗極低,從而將接通狀態(tài)下的平均電流減少到5mA以下。由于傳感器測量和無線數(shù)據(jù)傳送只需大約30ms的時(shí)間即可完成,在每分鐘測量一次時(shí),據(jù)估算,整個(gè)系統(tǒng)電池的使用壽命為10.5年。 
 
隨著IoT網(wǎng)絡(luò)越來越普及,這個(gè)使用納米級(jí)功耗系統(tǒng)定時(shí)器的占空比架構(gòu)使得無線傳感器節(jié)點(diǎn)現(xiàn)實(shí)可行。隨著系統(tǒng)電池使用壽命比電池本身的保質(zhì)期都要長,這款TI Design參考設(shè)計(jì)表現(xiàn)出無線傳感器節(jié)點(diǎn)在多種全新應(yīng)用中的實(shí)用性。
 
 
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