持續(xù)免電池傳感器監(jiān)測(cè)

隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的快速增長及對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高要求，處理和傳輸將成為項(xiàng)目可持續(xù)性的一大問題。因此，如非絕對(duì)強(qiáng)制，任何類型的能量采集方案都是受歡迎的。

在實(shí)施這些方案時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮到IoT傳感器不僅要測(cè)量一個(gè)值(包括溫度、濕度、污染、光照水平)，還要能夠用有限的電源與其系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行通信(通常是無線通信)。

實(shí)現(xiàn)這，必須全面考慮設(shè)計(jì)中的每一個(gè)系統(tǒng)級(jí)器件，包括傳感器、接收器、能源和通信占空比。

基于電池的系統(tǒng)的挑戰(zhàn)是，它們通常需要更復(fù)雜的能量管理。這包括充電和放電控制以及防止過度充電和過度放電的電池保護(hù)。這增加了系統(tǒng)復(fù)雜性以及物料單(BoM)成本，因?yàn)檫@樣的能量管理系統(tǒng)通常涉及開關(guān)調(diào)節(jié)器(額外的無源器件)，并且由于所需的功能使BoM的IC更復(fù)雜。除了高能效和低靜態(tài)電流的要求之外，芯片的復(fù)雜性常導(dǎo)致相當(dāng)昂貴的IC方案。

那些不需要更長工作時(shí)間的應(yīng)用不受光照條件的影響，基于電容器的方案可能是一種高性價(jià)比的方案。儲(chǔ)能電容器暫時(shí)累積來自太陽能采集設(shè)備的能量，直到足以進(jìn)行測(cè)量和傳輸結(jié)果。當(dāng)使用具有足夠額定電壓值的電容器時(shí)，不需要充電電路。在處于預(yù)期的峰值亮度時(shí)，使用的太陽能采集器的開路電壓決定了最大輸入電壓。如果電容器的額定電壓超過開路電壓，則不需要充電電路或保護(hù)。

對(duì)于基于電池和基于電容器的方案，都需要輸出穩(wěn)壓，從而為附加電路(傳感器、微控制器等) 提供合適的電壓。使用鋰基存儲(chǔ)配置的系統(tǒng)達(dá)4 V以上電壓，這通常超過傳感器和微控制器的輸入電壓范圍。為了匹配典型的1.8 V至3.3 V的電源電壓，需要降壓電壓轉(zhuǎn)換。在基于電容的系統(tǒng)中，電壓與存儲(chǔ)的電荷量成線性關(guān)系。這會(huì)導(dǎo)致放電周期中電壓的巨大變化，是任何傳感器或微控制器都不能承受的，因此需要某種穩(wěn)壓器來穩(wěn)定電源。

RSL10太陽能電池多傳感器板(RSL10-SOLARSENS-GEVK)是個(gè)完整的方案，用于免電池的IoT應(yīng)用，包括智能建筑、智能家居和工業(yè)4.0。這板基于行業(yè)最低功耗的藍(lán)牙低功耗無線電(RSL10)，有多種溫度和水分傳感器(BMA 400智能三軸加速度計(jì)、BME 280智能環(huán)境傳感器和NCT 203寬范圍數(shù)字溫度傳感器)。

這板還具有1個(gè)超低成本、低高度的47 µF儲(chǔ)能電容器、1個(gè)編程和調(diào)試接口和1個(gè)ZIF接口以連接太陽能電池。

由于該器件從低電流源采集能量，所以在工作和采集能量時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的漏電流小很重要。為此，選擇了一些智能器件，包括板載的超低靜態(tài)電流LDO(NCP170)。

安森美半導(dǎo)體推出這方案證明了完全有可能實(shí)現(xiàn)僅由太陽能供電的低成本、小外形傳感器節(jié)點(diǎn)，特點(diǎn)包括持續(xù)的傳感器監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆凭W(wǎng)關(guān)。一些用例都將受益于RSL10太陽能電池多傳感器平臺(tái)的新技術(shù)和功能，包括智能建筑、城市管理和移動(dòng)健康。通過使用這個(gè)平臺(tái)來創(chuàng)建創(chuàng)新的傳感器設(shè)計(jì)，開發(fā)人員可以幫助革新IoT，通過實(shí)施數(shù)十億個(gè)智能傳感器來填補(bǔ)能源需求的缺口。