基于传感器的新型网络节点设计

2014-03-06刁振军

黑龙江科学 2014年9期

关键词：工作电压压电传感

刁振军

(西安工业大学计算机科学与工程学院，西安710021)

1 LTC3588－1－新型压电能量收集模块

本文分别阐述传统的能量储存和收集装置，并进行比较分析，具体如下。

1.1 传统的能量储存和收集装置

压电自发电单元产生的交流电信号，需经滤波、桥式整流和DC－DC电压变换单元电路后，将输出的电信号，通过储能元件储存起来(前提是通过机械振动)。

1.2 新型能量储存收集和装置

前不久，LTC3588－1问世。这种装置的内部，集成一个高效率降压型转换器、全波桥式整流器，可以大大降低损耗。压电传感器在环境中所收集到的振动能量，通过能量转换成调节好的输出，就可以很好地为传感器、微控制器、无线传输组件、数据转换器供电。

1.3 传统的能量储存和收集装置与LTC3588－1的比较

通过大量实验表明，采用新型压电能量收集模块LTC3588－l的电荷捕获，比改进后的电荷捕获电路，在效率上明显要高出许多，同时充电到工作电压3.3 V时间非常短。

图1 新型无线传感网络节点框图Fig.1 Diagram of new wireless sensing network node

2 基于LTC3588－1的新型无线传感网络节点设计

通常来说，我们主要依据其特性，从低功耗这方面来进行无线传感网络节点的设计。选用的微处理器模块，一般采用的是MSP430F169单片机。它是一种16位的混合信号处理器，6个通用8位I/0口，一个12位8通道自带采样保持的模数转换器(简称ADC)。外部工作电压典型参数普遍都是采用3.3 V电压。选用传感器模块型号为TMP20的模拟输出温度传感器，它的工作电压一般为2～5.5 V，在这个时候，外部电压为3.3 V，其最大电流仅为4 uA，因此，具有功耗低的特点，温度在－60℃ ～130℃区间范围时，精确度可以达到±2.5℃。除此之外，无线发射模块大部分都是选用CC2420芯片。这种芯片功耗低、体积小，外部工作电压为3.3 V。由于无线传感网络节点中选用的传感器模块和微处理器模块，其工作电压都是3.3 V。它的整个工作过程是来源于压电自发电单元的压电陶瓷片和电源模受周围环境振动的影现象而产生形变时，因为压电陶瓷所产生的正压电两端产生交变电信号，然后由交变电信号LTC3588－1转化为3.3 V电压，来提供给无线传感网络节点充足电源。