【導(dǎo)讀】隨著物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的不斷延伸，對于無線傳感器節(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。
圖1.針對星形網(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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