基于傳感器的新型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

摘 要：隨著網(wǎng)絡(luò)在全世界范圍內(nèi)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(xiàn)在人們眼前，可以通過這個模塊并結(jié)合壓電自發(fā)電單元特性來設(shè)計面向環(huán)境監(jiān)測的無線傳感網(wǎng)路節(jié)點。通過大量的實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)比起改進(jìn)后的電荷捕獲電路具有傳輸距離較遠(yuǎn)、能量收集效率高等優(yōu)點，很大程度上解決了無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的供電問題，同時也不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，文章將對其相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)闡述，希望能夠引起大家的關(guān)注。

關(guān)鍵詞：能量收集電源；環(huán)境監(jiān)測；無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點

1 LTC3588-1-新型壓電能量收集模塊

下面分別闡述傳統(tǒng)的能量儲存和收集裝置，然后進(jìn)行比較分析，具體如下。

1.1 傳統(tǒng)的能量儲存和收集裝置

壓電自發(fā)電單元產(chǎn)生的交流電信號需經(jīng)濾波、橋式整流和DC-DC電壓變換單元電路后，將輸出的電信號通過儲能元件儲存起來（前提是通過機(jī)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(nèi)部集成一個高效率降壓型轉(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(jìn)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計

眾所周知，應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測的新型無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點主要由壓電式能量收集電源、壓電發(fā)電單元、傳感器模塊、無線發(fā)射模塊、微處理器模塊這五大部分組成。節(jié)點框圖如圖1所示。

通常來說，人們主要依據(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)點的設(shè)計。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(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3.3V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(qū)間范圍時精確度可以到達(dá)±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3.3V。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(fā)電單元的壓電陶瓷片和電源模受周圍環(huán)境振動的影現(xiàn)象而產(chǎn)生形變時，因為壓電陶瓷所產(chǎn)生的正壓電兩端產(chǎn)生交變電信號，然后由交變電信號LTC3588-1轉(zhuǎn)化為3.3V電壓來提供給無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點充足電源。

3 結(jié)束語

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)點設(shè)計方案。它是通過設(shè)計硬件接口與選擇優(yōu)良的低功耗單元芯片，從而構(gòu)建一個完整的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

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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(tǒng)。