基于傳感器的新型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

刁振軍

(西安工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，西安710021)

1 LTC3588－1－新型壓電能量收集模塊

本文分別闡述傳統(tǒng)的能量儲(chǔ)存和收集裝置，并進(jìn)行比較分析，具體如下。

1.1 傳統(tǒng)的能量儲(chǔ)存和收集裝置

壓電自發(fā)電單元產(chǎn)生的交流電信號(hào)，需經(jīng)濾波、橋式整流和DC－DC電壓變換單元電路后，將輸出的電信號(hào)，通過儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存起來(前提是通過機(jī)械振動(dòng))。

1.2 新型能量儲(chǔ)存收集和裝置

前不久，LTC3588－1問世。這種裝置的內(nèi)部，集成一個(gè)高效率降壓型轉(zhuǎn)換器、全波橋式整流器，可以大大降低損耗。壓電傳感器在環(huán)境中所收集到的振動(dòng)能量，通過能量轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)好的輸出，就可以很好地為傳感器、微控制器、無線傳輸組件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器供電。

1.3 傳統(tǒng)的能量儲(chǔ)存和收集裝置與LTC3588－1的比較

通過大量實(shí)驗(yàn)表明，采用新型壓電能量收集模塊LTC3588－l的電荷捕獲，比改進(jìn)后的電荷捕獲電路，在效率上明顯要高出許多，同時(shí)充電到工作電壓3.3 V時(shí)間非常短。

圖1 新型無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)框圖Fig.1 Diagram of new wireless sensing network node

2 基于LTC3588－1的新型無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

通常來說，我們主要依據(jù)其特性，從低功耗這方面來進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。選用的微處理器模塊，一般采用的是MSP430F169單片機(jī)。它是一種16位的混合信號(hào)處理器，6個(gè)通用8位I/0口，一個(gè)12位8通道自帶采樣保持的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱ADC)。外部工作電壓典型參數(shù)普遍都是采用3.3 V電壓。選用傳感器模塊型號(hào)為TMP20的模擬輸出溫度傳感器，它的工作電壓一般為2～5.5 V，在這個(gè)時(shí)候，外部電壓為3.3 V，其最大電流僅為4 uA，因此，具有功耗低的特點(diǎn)，溫度在－60℃ ～130℃區(qū)間范圍時(shí)，精確度可以達(dá)到±2.5℃。除此之外，無線發(fā)射模塊大部分都是選用CC2420芯片。這種芯片功耗低、體積小，外部工作電壓為3.3 V。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中選用的傳感器模塊和微處理器模塊，其工作電壓都是3.3 V。它的整個(gè)工作過程是來源于壓電自發(fā)電單元的壓電陶瓷片和電源模受周圍環(huán)境振動(dòng)的影現(xiàn)象而產(chǎn)生形變時(shí)，因?yàn)閴弘娞沾伤a(chǎn)生的正壓電兩端產(chǎn)生交變電信號(hào)，然后由交變電信號(hào)LTC3588－1轉(zhuǎn)化為3.3 V電壓，來提供給無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)充足電源。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著科技的不斷發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的普及，為了更加降低能耗和環(huán)保，各大企業(yè)廣泛應(yīng)用了LTC3588－1的新型無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案。它是通過設(shè)計(jì)硬件接口與選擇優(yōu)良的低功耗單元芯片，從而構(gòu)建一個(gè)完整的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

［1］ 葉小康.基于Contiki操作系統(tǒng)的無線抄表系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［D］.湖北:華中科技大學(xué)(光電信息工程)，2011.

［2］ 宋世鵬.基于ATmega 128L上的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［D］.西安:西安電子科技大學(xué)(軟件工程)，2013.

［3］ 林偉，卿輝，陳文，等.基于新型電源供電的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)［J］.壓電與聲光，2011，(07):87.