基于传感器的新型网络节点设计

摘 要：随着网络在全世界范围内的普及，有一种基于新型集成式压电能量收集模块-LTC3588-1出现在人们眼前，可以通过这个模块并结合压电自发电单元特性来设计面向环境监测的无线传感网路节点。通过大量的实验结果表明，该系统比起改进后的电荷捕获电路具有传输距离较远、能量收集效率高等优点，很大程度上解决了无线传感网络节点的供电问题，同时也不会对环境产生污染，文章将对其相关内容进行详细阐述，希望能够引起大家的关注。

关键词：能量收集电源；环境监测；无线传感网络节点

1 LTC3588-1-新型压电能量收集模块

下面分别阐述传统的能量储存和收集装置，然后进行比较分析，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 新型的能量储存和收集和装置

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

通过大量的实验表明，采用新型压电能量收集模块LTC3588-1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3.3V时间非常短。

2 基于LTC3588-1的新型无线传感网络节点设计

众所周知，应用于环境监测的新型无线传感网络节点主要由压电式能量收集电源、压电发电单元、传感器模块、无线发射模块、微处理器模块这五大部分组成。节点框图如图1所示。

通常来说，人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3.3V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2-5.5V之间，在这个时候外部电压为3.3V。其最大电流仅为4uA，因此具有功耗低的特點，温度范围在-60-130℃区间范围时精确度可以到达±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3.3V。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3.3V。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3.3V电压来提供给无线传感网络节点充足电源。

3 结束语

综上所述，随着科技的不断发展和网络的普及，为了更加降低能耗和环保，各大企业广泛应用了LTC3588-1的新型无线传感网络节点设计方案。它是通过设计硬件接口与选择优良的低功耗单元芯片，从而构建一个完整的无线传感网络节点。

参考文献

[1]叶小康.基于Contiki操作系统的无线抄表系统节点设计[D].华中科技大学：光电信息工程，2011.

[2]宋世鹏.基于ATmega128L上的无线传感器网络节点设计[D].西安电子科技大学：软件工程，2013.

[3]林伟，卿辉，陈文，等.基于新型电源供电的无线传感网络节点设计[J].压电与声光，2011.

作者简介：刁振军，男，助工，研究方向：信息安全，分布式实时系统。