基于傳感器的新型網絡節點設計

摘 要：隨著網絡在全世界范圍內的普及，有一種基于新型集成式壓電能量收集模塊-LTC3588-1出現在人們眼前，可以通過這個模塊并結合壓電自發電單元特性來設計面向環境監測的無線傳感網路節點。通過大量的實驗結果表明，該系統比起改進后的電荷捕獲電路具有傳輸距離較遠、能量收集效率高等優點，很大程度上解決了無線傳感網絡節點的供電問題，同時也不會對環境產生污染，文章將對其相關內容進行詳細闡述，希望能夠引起大家的關注。

關鍵詞：能量收集電源；環境監測；無線傳感網絡節點

1 LTC3588-1-新型壓電能量收集模塊

下面分別闡述傳統的能量儲存和收集裝置，然后進行比較分析，具體如下。

1.1 傳統的能量儲存和收集裝置

壓電自發電單元產生的交流電信號需經濾波、橋式整流和DC-DC電壓變換單元電路后，將輸出的電信號通過儲能元件儲存起來（前提是通過機械振動）。

1.2 新型的能量儲存和收集和裝置

前不久，LTC3588-1問世。這種裝置的內部集成一個高效率降壓型轉換器、全波橋式整流器可以大大降低損耗，壓電傳感器在環境中所收集到的振動能量通過能量轉換成調節好的輸出，就可以很好地為傳感器、微控制器、無線傳輸組件、數據轉換器供電。

1.3 傳統的能量儲存和收集裝置與LTC3588-1的比較

通過大量的實驗表明，采用新型壓電能量收集模塊LTC3588-1的電荷捕獲比改進后的電荷捕獲電路在效率上明顯要高出許多，同時充電到工作電壓3.3V時間非常短。

2 基于LTC3588-1的新型無線傳感網絡節點設計

眾所周知，應用于環境監測的新型無線傳感網絡節點主要由壓電式能量收集電源、壓電發電單元、傳感器模塊、無線發射模塊、微處理器模塊這五大部分組成。節點框圖如圖1所示。

通常來說，人們主要依據其特性從低功耗這方面來進行無線傳感網絡節點的設計。選用的微處理器模塊一般采用的是MSP430F169單片機，它是一種16位的混合信號處理器，6個通用8位I/0口，一個12位8通道自帶采樣保持的模數轉換器（簡稱ADC），外部工作電壓典型參數普遍都是采用3.3V電壓。選用傳感器模塊型號為TMP20的模擬輸出溫度傳感器，它的工作電壓一般為2-5.5V之間，在這個時候外部電壓為3.3V。其最大電流僅為4uA，因此具有功耗低的特點，溫度范圍在-60-130℃區間范圍時精確度可以到達±2.5℃。除此之外，無線發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3.3V。由于無線傳感網絡節點中選用的傳感器模塊和微處理器模塊，其工作電壓都是3.3V。它的整個工作過程是來源于壓電自發電單元的壓電陶瓷片和電源模受周圍環境振動的影現象而產生形變時，因為壓電陶瓷所產生的正壓電兩端產生交變電信號，然后由交變電信號LTC3588-1轉化為3.3V電壓來提供給無線傳感網絡節點充足電源。

3 結束語

綜上所述，隨著科技的不斷發展和網絡的普及，為了更加降低能耗和環保，各大企業廣泛應用了LTC3588-1的新型無線傳感網絡節點設計方案。它是通過設計硬件接口與選擇優良的低功耗單元芯片，從而構建一個完整的無線傳感網絡節點。

參考文獻

[1]葉小康.基于Contiki操作系統的無線抄表系統節點設計[D].華中科技大學：光電信息工程，2011.

[2]宋世鵬.基于ATmega128L上的無線傳感器網絡節點設計[D].西安電子科技大學：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絡節點設計[J].壓電與聲光，2011.

作者簡介：刁振軍，男，助工，研究方向：信息安全，分布式實時系統。