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Moisson de l'énergie pour les sondes sans fil

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Les moissonneuses d'énergie emploient souvent des sources intermittentes d'énergie ambiante. Cela rend des batteries et la puissance de secours critiques

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Les ingénieurs avaient moissonné l'énergie pendant des siècles, d'abord utilisant l'eau et des moulins à vent, puis des barrages hydro-électriques, des panneaux solaires, et des usines géothermiques. Maintenant quelques ingénieurs suivent le physicien Richard Feynman ? conseil et pensée de s petits. Ils utilisent les panneaux solaires minuscules et les générateurs thermoélectriques pour glaner la puissance des différences apparemment insignifiantes de la température, des éléments piézoélectriques qui convertissent de petites vibrations mécaniques en puissance, et du galvanics qui a besoin seulement d'humidité pour créer l'électricité.

La quantité de puissance peut être petite ? mesuré en microwatts ? et ils mettent ? t développent habituellement la puissance 24/7. Mais les sources d'énergie ambiantes ils emploient, y compris la lumière, des différentiels de la chaleur, faisceaux vibrants, signaux transmis de rf, et d'autres, fournissent cet un peu de puissance pour libre.

Une étape vers rendre ces microsources plus utiles est de les relier aux condensateurs ou aux batteries en couche mince qui peuvent stocker le filet de l'électricité jusqu'à là ? assez s pour gérer des tâches telles qu'actionner brièvement un microprocesseur ou un émetteur. Une des tâches que les ingénieurs ont inventées pour ces petites centrales est d'activer les télédétecteurs. Et pour construire sur le fait que ces sondes n'ont pas besoin des alimentations de puissance, elles sont équipées d'émetteurs aux données de faisceau à de plus grands réseaux.

Ces soi-disant noeuds de sans fil-sonde (WSN) ont laissé des concepteurs placent les sondes autoalimentées dans le difficile-à-accès ou les endroits dangereux, sans s'inquiéter des lignes de puissance ou de données de cheminement, et reçoivent toujours les mises à jour en temps réel de paramètre.

Par exemple, la plupart des compagnies recherchent toujours des manières d'employer l'énergie solaire de couper leur utilisation d'énergie. Les entreprises d'énergie, par exemple, veulent actionner les mètres intelligents avec l'énergie solaire pour réduire des coûts. Cependant, l'énergie solaire est variable et incertain, tellement presque tous les dispositifs solaire-actionnés comportent-ils les batteries rechargeables pendant des périodes où le soleil isn ? briller de t. Ainsi, un but important de conception pour WSNs est d'extraire énergie autant solaire ou autre ambiante comme possible de charger les batteries rapidement et de maintenir leur état de charge pour quand l'énergie est indisponible.

Issues de WSN

En général un WSN se compose d'une sonde, de l'émetteur récepteur, du microcontrôleur, et d'un capteur qui transforme l'énergie ambiante locale en électricité. Ceux qui emploient peu de puissance est le meilleur. Là ? s également habituellement un convertisseur de dc/dc et un directeur de puissance qui fournit les bons niveaux de tension et courant à l'électronique.

Tellement un des premiers ingénieurs de questions concevant le besoin de WSNs de répondre est : Combien de puissance le WSN doit-il actionner ? La réponse dépend de plusieurs facteurs. Est-ce que par exemple, combien de fois des lectures doivent être prises ? Et combien données seront envoyées et à quelle distance seront-elles transmises ?

Les questions concernant la transmission de données sont critiques parce que l'émetteur récepteur mange généralement vers le haut de 50% de toute l'électricité requise pour une lecture de sonde. Une liste de blanchisserie d'autres facteurs affectent l'utilisation de puissance de WSN. (Voir les facteurs affecter la puissance d'énergie.)

La quantité de l'électricité fournie par des sources de énergie-moisson dépend de combien de temps ils ont accès à l'énergie ambiante. Les piles solaires ont besoin de lumière du soleil. Et les dispositifs piézoélectriques qui tournent des vibrations des voitures traversant un pont de nonsuspension dans la puissance ont besoin de trafic croisant le pont. Par conséquent, la mesure primaire pour comparer l'énergie moissonnant (ou nettoyant) est densité de puissance, pas densité d'énergie.

La moisson d'énergie est sujette généralement à des niveaux bas, variables, et imprévisibles de puissance disponible, ainsi une structure hybride reliant la moissonneuse et un réservoir de puissance est souvent nécessaire. Elle laisse la moissonneuse agir en tant que l'alimentation d'énergie de WSN quoique la puissance ne soit pas continuellement développée. Le réservoir de puissance, une batterie ou condensateur, assure la puissance une fois requis mais obtient autrement régulièrement chargé de la moissonneuse. Ainsi, quand il n'y a aucune énergie ambiante à moissonner, le réservoir doit actionner le WSN.

Naturellement, d'un concepteur ? la perspective de s, ceci ajoute un nouveau degré de complexité parce qu'il doit maintenant considérer combien d'énergie doit être stockée dans le réservoir pour compenser le manque d'énergie ambiante. Juste combien un WSN exige dépend de plusieurs facteurs. Ceux-ci incluent :

? La durée l'énergie ambiante est indisponible.

? Le WSN ? coefficient d'utilisation de s (combien de fois il fait des lectures et des transmissions de données).

? La taille et le type de réservoir (condensateur, supercapacitor, ou batterie).

? S'il y a assez d'énergie ambiante pour actionner les lectures et des transmissions de WSN et pour charger le réservoir.

Coûts et évaluation de WSN

Le coût d'un WSN dépend de plusieurs facteurs, mais combien WSNs sont achetés pourrait être le plus important. L'autre facteur principal est le type de la sonde ou de capteur étant employé puisque l'électronique sont relativement coût bas. Le convertisseur, le microcontrôleur, et l'émetteur récepteur de dc/dc peuvent coûter aussi peu que $12 en volume. Le LTC330EUH a le prix indiqué à $3.55 si vous achetez 1.000 d'entre eux. Cependant, les générateurs et le piezoelement thermique-électriques peuvent coûter $30 à $50 dans un bon nombre de 1.000, selon le rendement de taille et de puissance. En plus grands volumes, le prix devrait descendre, probablement par moitié. Généralement un WSN simple peut être construit pour $30, dans le volume. Mais après la fabrication et l'assemblée, la vente, et étant vendu à un bénéfice, le prix peut facilement tomber dans la gamme $100 à $150.

L'élément moteur

WSNs habituellement doit se contenter des niveaux bas de l'énergie. Par conséquent, leurs composants doivent traiter ces niveaux de puissance. Heureusement, la conception et le travail de technologie a été déjà effectuée en ce qui concerne des émetteurs récepteurs et des microcontrôleurs. Mais du côté de puissance-conversion de l'équation, il y a eu un vide. Cela ? s pourquoi Linear Technology Corp., Milpitas, Californie, ont récemment présenté son LTC3330 pour adresser spécifiquement cette condition.

Le LTC3330 fournit jusqu'à 125 mA de courant de sortie continu pour prolonger une durée de vie de la pile où l'énergie harvestable est disponible. Le morceau ne tire aucun courant d'approvisionnement de la batterie en fournissant la puissance réglée à la charge (sonde) de l'énergie moissonnée. Il dessine seulement Na 750 une fois actionné par la batterie dans des conditions sans charge. L'IC combine une alimentation d'énergie de énergie-moisson à haute tension et un synchrone mâle-amplifie le convertisseur de dc/dc une fois actionné par une batterie de cellules primaires. Ceci crée un résultat noninterruptible simple pour WSNs.

Le LTC3330 ? l'alimentation d'énergie de s se compose d'un pont redresseur double alternance qui adapte à des entrées à C.A. et de C.C et à un convertisseur efficace de mâle. Elle peut aider dans l'énergie de balayage des dispositifs piézoélectriques (C.A.) (C.A.), solaires (C.C) et magnétiques. Les puissances d'entrée de cellules primaires le convertisseur qui opère 1.8 à 5.5 V à son entrée. Il peut être employé quand il n'y a aucune énergie harvestable pour régler le rendement si l'entrée est en haut, ci-dessous, ou égale au rendement.

Quand il n'y a aucune énergie ambiante, automatiquement les transitions LTC3330 à la batterie. Ceci prolonge un WSN ? durée de fonctionnement de s de 10 à sur 20 ans si l'énergie ambiante appropriée est au moins moitié disponible du temps, et encore plus long s'il est plus répandu. C'est significatif avec le calcul des coûts de cellules de Tadiran « C » autour de $16 pièce. Et le coût pour les permuter inclut dehors la main d'oeuvre, qui peut être significative. Alternativement, les utilisateurs pourraient utiliser de plus petites batteries (de la vie plus courte) et abaisser des coûts globaux.

Les applications et les dispositifs portatifs d'énergie-moisson acceptent une large gamme des niveaux de puissance pour leur opération, des microwatts à plus considérablement que 1 W, tellement là sont beaucoup la puissance-conversion IC sur le marché. Cependant, au bas de gamme de la gamme de puissance, où des nanoamps des courants doivent être convertis, les choix de morceau sont limités.

La moissonneuse de l'énergie LTC3330 et l'unité d'extension de la batterie-vie, avec le son extrêmement - le bas courant tranquille, est bien adapté pour des applications de basse puissance. Un courant tranquille de moins qu'un microampère prolonge la durée de vie de la pile pour des circuits de keep-alive dans l'électronique portative, qui ouvrira la porte pour une nouvelle génération de WSNs et d'autres applications de énergie-moisson.

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