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Ernten von Energie für drahtlose Sensoren

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Energieerntemaschinen verwenden häufig zeitweilige Quellen der umgebenden Energie. Das bildet die Batterien und Unterstützungsenergie kritisch

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Ingenieure haben Energie jahrhundertelang, zuerst unter Verwendung des Wassers und Windmühlen, dann hydroelektrische Verdammungen, Sonnenkollektoren und geothermische Anlagen geerntet. Jetzt folgen einige Ingenieure Physiker Richard Feynman? s-Rat und -c$denken klein. Sie benutzen kleine Sonnenkollektoren und thermoelektrische Generatoren, um Energie von den scheinbar bedeutungslosen Temperaturunterschieden, von den piezoelektrischen Elementen, die kleine mechanische Erschütterungen in Energie umwandeln, und vom galvanics aufzulesen, das nur Feuchtigkeit benötigt, Elektrizität zu verursachen.

Die Menge von Energie kann klein sein? gemessen in den Mikrowatt? und sie ziehen an? t erzeugen normalerweise Energie 24/7. Aber die umgebenden Energiequellen verwenden sie, einschließlich Licht, Hitzedifferenziale, vibrierende Lichtstrahlen, übertragene Rf-Signale, und andere, stellen diese kleine Menge Energie für freies zur Verfügung.

Ein Schritt hin zu der Herstellung dieser microsources nützlicher ist, sie an Kondensatoren oder Dünnfilmbatterien anzuschließen, die das Rieseln von Elektrizität bis dort speichern können? s genug, zum von Aufgaben wie einen Mikroprozessor oder einen Übermittler kurz antreiben zu behandeln. Eine der Aufgaben, die Ingenieure für diese kleinen Kraftwerke zusammengebraut haben, ist, Fern-Sensoren anzuziehen. Und auf der Tatsache zu errichten, dass diese Sensoren nicht Energienzufuhren benötigen, werden sie mit Übermittlern zu den Lichtstrahldaten zu den größeren Netzen versehen.

Diese so genannten Drahtlossensor Nullpunkte (WSN) ließen Entwerfer legen self-powered Sensoren in Schwierig-zuzugang oder in gefährliche Positionen, ohne um Wegewahlenergie oder Datenleitungen sich zu sorgen, und empfangen noch Realzeitparameterupdates.

Z.B. suchen die meisten Firmen immer nach Weisen, Sonnenenergie zu verwenden, ihren Energieverbrauch zu schneiden. Elektrizitätsgesellschaften z.B. möchten intelligente Messinstrumente mit Sonnenenergie antreiben, um Kosten zu verringern. Jedoch ist Sonnenenergie variabel und unzuverlässig, kennzeichnen so fast alle Solar-angetriebenen Vorrichtungen Akkus für Zeiträume als die Sonne isn? t-Glänzen. So ist ein wichtiges Entwurfsziel für WSNs, so viel Solar- oder andere umgebende Energie zu extrahieren, wie möglich, die Batterien schnell aufzuladen und ihren Zustand der Gebühr für beizubehalten, wenn Energie nicht erreichbar ist.

WSN Ausgaben

Im Allgemeinen besteht WSN einem Sensor, Lautsprecherempfänger, Mikrocontroller und aus einem Signalumformer, der lokale umgebende Energie in Elektrizität umwandelt. Eine, die wenig Energie verwenden, sind am besten. Dort? s auch normalerweise ein dc/dc Konverter und ein Energienmanager, der die rechten Spannungshöhen und den Strom an die Elektronik liefert.

So ein der ersten Frageningenieure, die WSNs Notwendigkeit entwerfen zu antworten, ist: Wie viel Energie muss das WSN laufen lassen? Die Antwort hängt von einigen Faktoren ab. Z.B. wie oft müssen Messwerte genommen werden? Und wie viel Daten werden und wie weit werden es übertragen ausgesendet?

Fragen betreffend Datenübertragung sind dadurch kritisch, dass der Lautsprecherempfänger im Allgemeinen herauf 50% der ganzer Elektrizität isst, die für einen Sensor-Messwert benötigt wird. Eine Wäschereiliste anderer Faktoren beeinflussen WSN Energienverbrauch. (Sehen Sie Faktoren, Leistungsaufnahme zu beeinflussen.)

Die Menge von Elektrizität bereitgestellt von Energie-erntenden Quellen hängt davon ab, wie lang sie Zugang zur umgebenden Energie haben. Solarzellen benötigen Tageslicht. Und piezoelektrische Vorrichtungen, die Erschütterungen von den Autos drehen, die über eine nonsuspension Brücke in Energie hinausgehen, benötigen den Verkehr, der die Brücke kreuzt. Folglich ist das Primärmaß für das Vergleichen der Energie erntend (oder reinigend) Energiedichte, nicht Energiedichte.

Das Energieernten ist im Allgemeinen abhängig von den niedrigen, variablen und unvorhersehbaren Niveaus der vorhandenen Energie, also ist eine hybride Struktur, welche die Erntemaschine und einen Energienvorratsbehälter anschließt, häufig erforderlich. Sie lässt die Erntemaschine dienen als das WSN Spg.Versorgungsteil, obwohl Energie nicht fortwährend erzeugt wird. Der Energienvorratsbehälter, entweder eine Batterie oder Kondensator, Versorgungsmaterial-Energie falls erforderlich aber erhält anders regelmäßig von der Erntemaschine aufgeladen. So wenn es keine umgebende Energie gibt, zum zu ernten, muss der Vorratsbehälter das WSN antreiben.

Selbstverständlich von einem Entwerfer? s-Perspektive, diese addiert einen weiteren Grad an Kompliziertheit, weil er jetzt betrachten muss, wie viel Energie im Vorratsbehälter gespeichert werden muss, um den Mangel an umgebender Energie auszu:gleichen. Gerade wie viel ein WSN erfordert, von einigen Faktoren abhängt. Diese schließen ein:

? Die Zeitspanne umgebende Energie ist nicht erreichbar.

? Das WSN? s-Arbeitszyklus (wie oft es Datenmesswerte und -getriebe bildet).

? Die Größe und die Art von Vorratsbehälter (Kondensator, supercapacitor oder Batterie).

? Ob es genügend umgebende Energie gibt, zum der der WSN Messwerte und Getriebe anzutreiben und des Vorratsbehälter aufzuladen.

WSN Kosten und Preiskalkulation

Die Kosten eines WSN hängen von einigen Faktoren ab, aber, wievieles WSNs gekauft werden, konnten das wichtigste sein. Der andere Hauptfaktor ist die Art des Sensors oder des Signalumformers, die verwendet wird, da die Elektronik verhältnismäßig niedrige Kosten sind. Der der dc/dc Konverter, Mikrocontroller und der Lautsprecherempfänger können so wenig wie $12 im Volumen kosten. Für Preis LTC330EUH wird bei $3.55 festgesetzt, wenn Sie 1.000 von ihnen kaufen. Jedoch können thermisch-elektrische Generatoren und piezoelement $30 bis $50 in den Losen von 1.000, abhängig von der Größe und der Abgabeleistung kosten. In den größeren Volumen sollte der Preis, vielleicht um eine Hälfte unten gehen. Im Allgemeinen kann ein einzelnes WSN für $30, im Volumen errichtet werden. Aber nach Herstellung und Versammlung, kann Marketing und, verkaufend an einem Profit, der Preis, in die Strecke $100 bis $150 leicht fallen.

Die Energienverbindung

WSNs muss mit niedrigen Niveaus von Energie normalerweise sich zufriedengeben. Folglich müssen ihre Bestandteile jene Energienniveaus beschäftigen. Glücklicherweise ist der Entwurf und die Technikarbeit bereits hinsichtlich der Lautsprecherempfänger und der Mikrocontroller erledigt worden. Aber auf der Energieumwandlung Seite der Gleichung, hat es eine Lücke gegeben. Das? s, warum Linear Technology Corp., Milpitas, Calif., vor kurzem sein LTC3330 einführten, um diese Anforderung spezifisch zu adressieren.

Das LTC3330 liefert bis 125 MA des ununterbrochenen Ausgangsstroms, um Batteriedauer zu verlängern, als harvestable Energie vorhanden ist. Der Span zeichnet keinen Versorgungsmaterial-Strom von der Batterie, wenn er regulierte Energie zur Last (Sensor) von geernteter Energie zur Verfügung stellt. Er zeichnet Na nur 750, wenn er durch die Batterie unter Leerlaufbedingungen angetrieben wird. Das IC kombiniert ein Energie-erntendes Hochspannungsspg.Versorgungsteil und ein synchrones Dollar-laden dc/dc Konverter auf, wenn es durch eine Primärzellenbatterie angetrieben wird. Dieses verursacht einen einzelnen nicht unterbrechbaren Ausgang für WSNs.

Das LTC3330? s-Spg.Versorgungsteil besteht aus einem Zweiwegbrückengleichrichter, der Wechselstrom-und DC-Eingänge und einen leistungsfähigen Dollarkonverter unterbringt. Es kann in der Ausstossen von Unreinheitenenergie von den piezoelektrischen (Wechselstrom), Solar- (DC) und magnetischen Vorrichtungen (Wechselstrom) helfen. Die Primärzellen-zugeführten Energien der Konverter, der an 1.8 bis 5.5 V an seinem Eingang laufen lässt. Er kann verwendet werden, wenn es keine harvestable Energie gibt, zum des Ausganges zu regulieren, ob der Eingang oben, unten oder Gleichgestelltes zum Ausgang ist.

Wenn es keine umgebende Energie gibt, die automatisch Übergänge LTC3330 zur Batterie. Dieses verlängert ein WSN? s-Betriebsleben von 10 zu in 20 Jahren, wenn verwendbare umgebende Energie vorhandene mindestens Hälfte der Zeit ist und sogar längeres, wenn es überwiegender ist. Dieses ist mit Tadiran „C“ Zellenkostenberechnung um $16 je bedeutend. Und die Kosten, zum sie auszutauschen umfassen heraus menschliche Arbeitskraft, die bedeutend sein kann. Wechselweise konnten Benutzer kleinere Batterien (des kürzeren Lebens) benutzen und Gesamtkosten senken.

Bewegliche Anwendungen und Energie-Ernten Vorrichtungen nehmen eine ausgedehnte Strecke der Energienniveaus für ihren Betrieb, von den Mikrowatt nach größer an, als 1 W, so dort viel Energieumwandlung IC auf dem Markt sind. Jedoch am untereren Ende der Energienstrecke, in der nanoamps der Strom umgewandelt werden müssen, sind Spanwahlen begrenzt.

Die Erntemaschine der Energie LTC3330 und die Batterieleben Ergänzung, mit seinem extrem - niedriger bewegungsloser Strom, ist für Niederleistungsanwendungen gut angepasst. Ein bewegungsloser Strom von kleiner als eine MA dehnt Batteriedauer für Keep-alivestromkreise in der beweglichen Elektronik aus, die die Tür für ein neues Erzeugung von WSNs und von anderen Energie-erntenden Anwendungen öffnet.

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