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Raccolta dell'energia per i sensori senza fili

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Le mietitrici di energia usano spesso le fonti intermittenti di energia ambientale. Quello rende le batterie ed il potere di sostegno critici

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Gli assistenti tecnici stanno raccogliendo l'energia per i secoli, la primi acqua e mulini a vento usando, allora dighe idroelettriche, pannelli solari e piante geotermiche. Ora alcuni assistenti tecnici stanno seguendo il fisico Richard Feynman? consiglio e pensiero di s piccoli. Stanno utilizzando i pannelli solari molto piccoli ed i generatori termoelettrici per spigolare il potere dalle differenze apparentemente insignificanti di temperatura, dagli elementi piezoelettrici che convertono le piccole vibrazioni meccaniche in potere e dal galvanics che ha bisogno soltanto dell'umidità di generare l'elettricità.

La quantità di potere può essere piccola? misurato in microwatts? ed indossano? la t genera solitamente il potere 24/7. Ma le fonti di energia ambientali usano, compreso luce, i differenziali di calore, i fasci di vibrazione, segnali trasmessi di rf ed altri, forniscono a quella piccola quantità di potere per libero.

Un punto verso rendere questi microsources più utili è di collegarli ai condensatori o alle batterie di sottili pellicole che possono immagazzinare il gocciolamento dell'elettricità fino a là? s abbastanza per trattare le mansioni come brevemente potenza un microprocessore o del trasmettitore. Una delle mansioni che gli assistenti tecnici hanno inventato per queste piccole centrali elettriche è di eccitare i telerilevamenti. E per costruire sul fatto che questi sensori non hanno bisogno delle alimentazioni di potere, sono fornite dei trasmettitori ai dati del fascio alle più grandi reti.

Questi cosiddetti nodi del senza fili-sensore (WSN) hanno lasciato i progettisti dispongono i sensori auto-alimentati nell'difficile--accesso o nelle posizioni pericolose, senza preoccuparsi per le linee di potere o di dati di percorso ed ancora ricevono gli aggiornamenti in tempo reale di parametro.

Per esempio, la maggior parte delle aziende stanno cercando sempre i sensi usare l'energia solare tagliare il loro uso di energia. Le compagnie elettriche, per esempio, vogliono alimentare i tester astuti con energia solare per ridurre i costi. Tuttavia, l'energia solare è variabile e non fidato, così quasi tutti i dispositivi solare-alimentati caratterizzano le batterie ricaricabili per i periodi in cui il sole isn? lucidare di t. Quindi, un obiettivo importante di disegno per WSNs è di estrarre energia tanto solare o altra ambientale come possibile caricare rapidamente le batterie ed effettuare la loro condizione della carica per quando l'energia è non disponibile.

Edizioni di WSN

Generalmente WSN consiste di un sensore, del ricetrasmettitore, del microcontroller e di un trasduttore che trasforma l'energia ambientale locale nell'elettricità. Un che usino poco potere sono i la cosa migliore. Là? s anche solitamente un convertitore di dc/dc e un responsabile di potere che fornisce i giusti livelli e corrente di tensione all'elettronica.

Così uno dei primi assistenti tecnici di domande che progettano la necessità di WSNs di rispondere a è: Quanto potere il WSN deve azionare? La risposta dipende da parecchi fattori. Per esempio, ogni quanto tempo le letture devono essere prese? E quanti dati saranno spedetti e fin dove saranno trasmessi?

Le domande per quanto riguarda la trasmissione di dati sono critiche in quanto il ricetrasmettitore mangia generalmente su 50% di tutta l'elettricità stata necessaria per una lettura del sensore. Una lista di lavanderia di altri fattori interessa l'uso di potere di WSN. (Vedi i fattori interessare l'assorbimento di corrente di energia.)

La quantità di elettricità ha fornito dalle fonti diraccolta dipende da quanto tempo hanno accesso all'energia ambientale. Le pile solari hanno bisogno della luce solare. Ed i dispositivi piezoelettrici che girano le vibrazioni dalle automobili che entrano sopra un ponticello di nonsuspension in potere hanno bisogno del traffico che attraversa il ponticello. Di conseguenza, la misura primaria per il paragone dell'energia che raccoglie (o che pulisce) è densità di potere, non densità di energia.

La raccolta di energia è generalmente conforme ai bassi, livelli variabili e ed imprevedibili di potere disponibile, in modo da una struttura ibrida che collega la mietitrice e un bacino idrico di potere è spesso necessaria. Lascia la mietitrice fungere da l'alimentazione elettrica di WSN anche se il potere non è generato continuamente. Il bacino idrico di potere, una batteria o condensatore, assicura il potere una volta richiesto ma ottiene al contrario caricato regolarmente dalla mietitrice. Quindi, quando non ci è energia ambientale da raccogliere, il bacino idrico deve alimentare il WSN.

Naturalmente, da un progettista? la prospettiva di s, questa aggiunge un nuovo grado di complessità perché deve ora considerare quanta energia deve essere memorizzata nel bacino idrico per compensare la mancanza di energia ambientale. Appena quanto un WSN richiede dipende da parecchi fattori. Questi includono:

? La durata energia ambientale è non disponibile.

? Il WSN? ciclo di dovere di s (ogni quanto tempo esso fa le letture e le trasmissioni di dati).

? Il formato ed il tipo di bacino idrico (condensatore, supercapacitor, o batteria).

? Se ci è abbastanza energia ambientale per alimentare le letture e le trasmissioni di WSN e per caricare il bacino idrico.

Costi e valutazione di WSN

Il costo di un WSN dipende da parecchi fattori, ma quanti WSNs sta comprando potrebbe essere l'più importante. L'altro fattore principale è il tipo di sensore o di trasduttore che usando poiché l'elettronica è basso costo relativamente. Il convertitore, il microcontroller ed il ricetrasmettitore di dc/dc possono costare così piccolo quanto $12 nel volume. Il LTC330EUH è valutato a $3.55 se stiate comprando loro 1.000. Tuttavia, i generatori e il piezoelement termico-elettrici possono costare $30 - $50 nei lotti di 1.000, secondo il formato e l'output di forza motrice. Nei più grandi volumi, il prezzo dovrebbe andare giù, possibilmente dalla metà. Un singolo WSN può essere costruito generalmente per $30, nel volume. Ma dopo fabbricazione e l'assemblea, la vendita ed essendo vendendo ad un profitto, il prezzo può rientrare facilmente nella gamma $100 - $150.

L'elemento motore

WSNs deve accontentarsi solitamente di bassi livelli di energia. Di conseguenza, le loro componenti devono occuparsi di quei livelli di potere. Fortunatamente, il disegno ed il lavoro di ingegneria già è stato fatto riguardo ai ricetrasmettitori ed ai microcontroller. Ma dal lato di potere-conversione dell'equazione, ci è stato un vuoto. Quello? s perché Linear la Technology Corp., Milpitas, California, recentemente hanno introdotto il relativo LTC3330 specificamente per richiamare questo requisito.

Il LTC3330 trasporta fino a 125 mA della corrente d'uscita continua per prolungare la durata di vita della batteria in cui l'energia harvestable è disponibile. Il circuito integrato non ricava corrente del rifornimento dalla batteria quando fornisce il potere regolato al carico (sensore) da energia raccolta. Estrae soltanto il Na 750 una volta alimentato dalla batteria nelle circostanze a vuoto. Il CI unisce un'alimentazione elettrica diraccolta ad alta tensione e un sincrono buck-amplifica il convertitore di dc/dc una volta alimentato da una batteria della pila. Ciò genera una singola uscita noninterruptible per WSNs.

Il LTC3330? l'alimentazione elettrica di s consiste di un raddrizzatore a ponte a onda intera che accomoda gli input di CC e di CA e un convertitore efficiente del dollaro. Può aiutare nell'energia di lavaggio proveniente dai dispositivi piezoelettrici (CA), solari (CC) e magnetici (CA). Le alimentazioni in ingresso di entrata della pila il convertitore che aziona sopra 1.8 - 5.5 V al relativo input. Può essere usato quando non ci è energia harvestable per regolare l'uscita se l'input è sopra, sotto, o uguale all'uscita.

Quando non ci è energia ambientale, automaticamente le transizioni LTC3330 alla batteria. Ciò estende un WSN? durata di funzionamento di s da 10 in 20 anni se l'energia ambientale adatta è almeno metà disponibile del tempo e perfino più lungo se è più prevalente. Ciò è significativa con valutazione dei costi delle cellule di Tadiran “C„ intorno a $16 ciascuno. Ed il costo per scambiarlo fuori comprende la forza di lavoro, che può essere significativa. Alternativamente, gli utenti potrebbero utilizzare le più piccole (batterie di vita di scarsità) ed abbassare i costi generali.

Le applicazioni ed i dispositivi portatili di energia-raccolta accettano una vasta gamma dei livelli di potere per il loro funzionamento, dai microwatts a più maggior di 1 W, così là è molto potere-conversione CI sul mercato. Tuttavia, all'estremità più inferiore della gamma di potere, in cui i nanoamps delle correnti devono essere convertiti, le scelte del circuito integrato sono limitate.

La mietitrice di energia LTC3330 e la carica di batteria-vita, con il relativo estremamente - la corrente tranquilla bassa, è ben adattata per le applicazioni a bassa potenza. Una corrente tranquilla di di meno che un microampère prolunga la durata di vita della batteria per i circuiti di keep-alive nell'elettronica portatile, che aprirà il portello per una nuova generazione di WSNs e di altre applicazioni diraccolta.

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