【導讀】隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的不斷延伸，對于無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的需求也在不斷地增長(cháng)。在IoT網(wǎng)絡(luò )中集成了很多不同的傳感器類(lèi)型：溫度、濕度、壓力和環(huán)境光，不勝枚舉。隨著(zhù)在IoT網(wǎng)絡(luò )中增加感測功能的需要不斷增加，傳感器節點(diǎn)的電池使用壽命也變得越來(lái)越重要。
比如說(shuō)，如果要通過(guò)安裝無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)，把一幢商用建筑變?yōu)橹悄軜怯畹脑?huà)，我們可以想象得到的是，也許需要安裝數千個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)來(lái)與不同的設備進(jìn)行鏈接，如恒溫器、煙霧和火災檢測器，以及諸如此類(lèi)的設備。由于不可能為每個(gè)節點(diǎn)鋪設供電線(xiàn)路，所以必須使用電池來(lái)充當電源。然而，為所有這些無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)更換數以千計的電池可是一項大工程。
為了降低與電池養護相關(guān)的成本，并且減少與之相關(guān)的工作量，確保每個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)具有盡可能長(cháng)的電池使用壽命也就變得很有必要了。大多數常見(jiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)采用占空比的方法來(lái)延長(cháng)電池壽命。在這種運行機制中，節點(diǎn)加電，記錄傳感器的測量值，將數據無(wú)線(xiàn)發(fā)送至中央集線(xiàn)器或網(wǎng)關(guān)，然后自行關(guān)閉，或者使用低功耗模式或負載開(kāi)關(guān)來(lái)關(guān)閉。影響整個(gè)系統電池壽命的主要因素是接通狀態(tài)持續時(shí)間，接通狀態(tài)平均電流，關(guān)閉狀態(tài)持續時(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點(diǎn) (TIDA-00374) 的TI Design參考設計演示了一個(gè)對無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)進(jìn)行占空比操作的經(jīng)優(yōu)化方法。一個(gè)納米級功耗系統定時(shí)器和超低功率泄露負載開(kāi)關(guān)替代了內部無(wú)線(xiàn)微控制器 (MCU) 系統定時(shí)器，來(lái)控制何時(shí)為無(wú)線(xiàn)MCU和傳感器節點(diǎn)供電。一個(gè)無(wú)線(xiàn)MCU讀取具有集成溫度傳感器的濕度傳感器，以搜集環(huán)境數據。一旦環(huán)境數據被發(fā)送，無(wú)線(xiàn)MCU通知納米級系統定時(shí)器來(lái)斷開(kāi)無(wú)線(xiàn)MCU和濕度傳感器的電源。圖1中顯示的是這款TI Design的系統方框圖。
圖1.針對星形網(wǎng)絡(luò )的濕度和溫度傳感器節點(diǎn)，可由紐扣電池供電運行10年以上
這個(gè)參考設計優(yōu)化了整個(gè)系統電池的使用壽命，其原因是納米級功耗系統定時(shí)器和超低泄露負載開(kāi)關(guān)將關(guān)閉狀態(tài)平均電流減少到數十毫微安培，低于大多數常見(jiàn)MCU關(guān)斷模式下的電流值。此外，這個(gè)參考設計中使用的無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)數據傳送只需大約30ms的時(shí)間即可完成，在每分鐘測量一次時(shí)，據估算，整個(gè)系統電池的使用壽命為10.5年。
隨著(zhù)IoT網(wǎng)絡(luò )越來(lái)越普及，這個(gè)使用納米級功耗系統定時(shí)器的占空比架構使得無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)現實(shí)可行。隨著(zhù)系統電池使用壽命比電池本身的保質(zhì)期都要長(cháng)，這款TI Design參考設計表現出無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)在多種全新應用中的實(shí)用性。
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