精确的无线温度传感器可为自身供电

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精确的无线温度传感器可为自身供电

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6 [2 d! Y0 U" @; I0 }/ A, d关键字：温度传感器   电源管理   无线电模块   信号链路  
9 i. ?- ^7 X9 P1 `引言
“物联网”说的是一种日益明显的趋势，不仅连接人与电脑，而且将各种“东西”连接到互联网。在工厂或大型基础设施项目等应用中，在更多地点连接更多传感器 (传动器) 可以提高效率、改善安全性以及实现全新的商业模式。

现在不必面对在工厂内部布设电缆带来的挑战和高成本问题了，因为可以安装可靠的、工业级强度的无线传感器，这些传感器可以靠小型电池工作很多年，或者依靠从光、振动或温度变化等可用来源收集的能量工作。

. {* _6 K1 Y2 Q3 ^本文所述案例是一个真实的设计，该设计整合了一个高分辨率温度传感器、一个电源管理电路和一个低功耗无线电模块，其中电源管理电路用太阳能 (可用时) 和备份电池 (需要时) 供电，而无线电模块则自动地构成一个可靠的网格网络，以无线方式将所有传感器连接到一个中央接入点。
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1 t9 X. y9 e4 U, B4 S, v# g- i设计概述
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$ S! e, ~- l+ i( U5 z/ C5 X" O图 1 显示了该设计的方框图。温度传感器基于一个热敏电阻器，该热敏电阻器由低噪声 LT6654 电压基准偏置。24 位ΔΣ ADC LTC2484 读取热敏电阻器的电压，并通过 SPI 接口报告读取的结果。LTP5901 是无线电模块，不仅含有无线电单元，还含有自动构成 IP 网格网络所需的连网固件。此外，LTP5901 还有一个内置的微处理器，该微处理器读取 LTC2484 ADC SPI 端口，并管理面向信号链路组件的电源排序。LTC3330 是一款低功率、开关模式双输出电源，当可得到足够的光照时，LTC3330 靠太阳能电池板供电，当光照不足但需要保持输出电压稳定时，LTC3330 用电池供电。LTC3330 还含有一个 LDO，用来设定温度传感器供电电源的占空比。
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2 J% ~' v# ^! f图 1：通过将无线电模块连至ADC、基准和热敏电阻器以构成无线温度传感器。该电路由一个可从电池或太阳能电池板获取电能的能量收集器供电。(BATTERY：电池;SOLAR PANEL：太阳能电池板;DUTY CYCLED：所设定的占空比;WIRELESS NETWORK：无线网络;THERMISTOR BRIDGE：热敏电阻器电桥)总体功耗

完整应用电路的总体功耗视各种不同因素而有所不同，其中包括每个传感器测量温度的频度以及所有节点在网络中的配置方式。对于一个每 10 秒报告一次温度数据的传感器节点而言，典型功耗为传感器部分低于 20μA，无线电模块部分可能为 20μA，总的平均负载电流约为 40μA。

  o! w7 r8 m, w6 l& v小型 2 英寸 x 2 英寸太阳能电池板 (例如 Amorton 系列) 甚至在相对中等的室内照明条件下 (200 流明)，也可产生 40μA 电流，而在强光照条件下，则能够产生大得多的电流。这意味着，在很多条件下，这个应用可以完全依靠太阳能电池板电源运行。如果该电路处于黑暗中，需要完全靠电池电源运行，那么一节 2.4Ah AA 电池 (例如 Tadiran XOL 系列) 可给该应用供电差不多7 年。在较低或可变光照条件下，该电路自动在太阳能电源和电池电源之间来回切换，以便尽可能利用太阳能，以延长电池寿命。


结论
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% d' s4 q! |9 G/ s# ~' u本文所介绍的信号链路、电源管理和无线网络产品可用来实现完整、真正的无线传感器网络产品的设计。该时间同步无线网格网络确保用最少的功率，可靠地在节点间传送数据。内置的微处理器可设定传感器电路电源的占空比。高效率、高集成度电源管理 IC 可完全用小型太阳能电池板给该应用供电，或者用一个小型电池给该应用供电很多年。

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