基于環(huán)境電磁波的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)供電設(shè)計(jì)2

　　為使傳感器節(jié)點(diǎn)在環(huán)境電磁波能量較少的地區(qū)也能工作，進(jìn)一步降低傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗要求，研究了睡眠/喚醒機(jī)制，設(shè)計(jì)了有定時(shí)喚醒功能的電源管理電路。電源管理電路控制節(jié)點(diǎn)的工作和休眠狀態(tài)，電源管理電路由儲(chǔ)能電容和電壓偵測(cè)電路構(gòu)成，如圖5所示。

　　其中，儲(chǔ)能電容由1 000μF的鉭電容構(gòu)成，電壓偵測(cè)電路由MCU的AD和MOS管等構(gòu)成。S1閉合，能量收集系統(tǒng)開(kāi)始對(duì)儲(chǔ)能電容充電。S2先打在下方，起限壓充電作用。當(dāng)LED亮?xí)r，儲(chǔ)能電容兩端電壓約為3.4 V，此時(shí)可把S2打到上方，使節(jié)點(diǎn)進(jìn)入定時(shí)喚醒工作狀態(tài)。

　　然后，當(dāng)充電電流大于節(jié)點(diǎn)的靜耗電流時(shí)，就可以對(duì)電容充電。MCU的AD每隔5 s對(duì)儲(chǔ)能電容兩端的電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電壓3 V閾值時(shí)，MCU和射頻單元(RF)處于休眠狀態(tài)以降低功耗，當(dāng)電壓達(dá)到3 V閾值時(shí)，MCU被喚醒，利用它內(nèi)部的溫度感應(yīng)器件采集溫度數(shù)據(jù)并通過(guò)射頻單元返回給PC機(jī)。在休眠狀態(tài)下，各部分的靜耗電流如表1所示。休眠狀態(tài)下總靜耗電流2μA，這樣在滿足節(jié)點(diǎn)定期工作的同時(shí)，又減少了不必要的能源消耗。低功耗射頻喚醒無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)比采用傳統(tǒng)睡眠/喚醒機(jī)制的節(jié)點(diǎn)具有更低的功耗。

　　3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析

　　3.1 AM電波能量穩(wěn)定性測(cè)試

　　為了評(píng)估AM電波能量的穩(wěn)定性，進(jìn)行了為期7天的測(cè)試。測(cè)試中，采用5級(jí)倍壓，每隔10 min測(cè)量一次天線的輸出電壓。由于中波發(fā)射塔全天候工作，且中波主要為地波傳播，基本不會(huì)受到氣候條件的影響。實(shí)際測(cè)試結(jié)果如圖6所示，其中周三至周四有一段時(shí)間內(nèi)電壓大幅下降，經(jīng)查是中波發(fā)射臺(tái)每周的停播檢修所致。其余時(shí)間內(nèi)，輸出電壓約為7 V波動(dòng)，幅值偏差不超過(guò)30%，基本按24 h呈現(xiàn)周期性變化。

　　針對(duì)能量收集天線和AM收音機(jī)之間的相互影響，進(jìn)行了定性測(cè)試。對(duì)比普通AM收音機(jī)在天線周圍1 m范圍內(nèi)和距天線50 m處收聽(tīng)電臺(tái)的效果，發(fā)現(xiàn)二者的音質(zhì)和音量基本相同。同時(shí)，兩種情況下天線輸出電壓也較穩(wěn)定