{{{sourceTextContent.title}}}

Cosecha de la energía para los sensores sin hilos

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Las máquinas segadores de la energía utilizan a menudo fuentes intermitentes de energía ambiente. Eso hace las baterías y la energía de reserva críticas

{{{sourceTextContent.description}}}

Los ingenieros han estado cosechando la energía por siglos, primero usando el agua y los molinoes de viento, entonces las presas hidroeléctricas, los paneles solares, y las plantas geotérmicas. ¿Ahora algunos ingenieros están siguiendo al físico Richard Feynman? consejo y pensamiento de s pequeños. Están utilizando los paneles solares minúsculos y los generadores termoeléctricos para espigar energía de las diferencias aparentemente insignificantes de la temperatura, de los elementos piezoeléctricos que convierten pequeñas vibraciones mecánicas en energía, y del galvanics que necesita solamente la humedad crear electricidad.

¿La cantidad de energía puede ser pequeña? ¿medido en microvatios? ¿y ponen? t genera generalmente la energía 24/7. Pero las fuentes de energía ambiente utilizan, incluyendo luz, los diferenciales del calor, vigas vibrantes, señales transmitidas del RF, y otros, proporcionan esa pequeña cantidad de energía para libre.

¿Un paso hacia la fabricación de estos microsources más útiles es conectarlos con los condensadores o las baterías thin-film que pueden almacenar el chorrito de la electricidad hasta allí? s bastante para manejar tareas tales como brevemente accionar un microprocesador o un transmisor. Una de las tareas que los ingenieros han inventado para estas pequeñas centrales eléctricas es energizar los sensores alejados. Y para emplear el hecho de que estos sensores no necesitan las alimentaciones de la energía, se proporcionan los transmisores a los datos de la viga a redes más grandes.

Estos nodos supuestos del sin hilos-sensor (WSN) dejaron a diseñadores colocan los sensores autopropulsados en difícil-a-acceso o localizaciones peligrosas, sin la preocupación de líneas de la energía o de datos de la encaminamiento, y todavía reciben actualizaciones en tiempo real del parámetro.

Por ejemplo, la mayoría de las compañías están buscando siempre maneras de utilizar energía solar de cortar su uso de energía. Las empresas eléctricas, por ejemplo, quieren accionar los metros elegantes con energía solar para reducir costes. ¿Sin embargo, la energía solar es variable y no fiable, tan casi todos los dispositivos solar-accionados ofrecen las baterías recargables por los períodos en que el sol isn? t que brilla. Así, una meta importante del diseño para WSNs es extraer energía tanto solar u otra ambiente como sea posible cargar las baterías rápidamente y mantener su estado de la carga para cuando la energía es inasequible.

Ediciones de WSN

En general WSN consiste en un sensor, el transmisor-receptor, el microcontrolador, y un transductor que transforme energía ambiente local en electricidad. Unos que utilizan poca energía son los mejores. ¿Allí? s también generalmente un convertidor de dc/dc y un encargado de la energía que suministra los niveles voltaicos y la corriente correctos a la electrónica.

Tan uno de los primeros ingenieros de las preguntas que diseñan la necesidad de WSNs de contestar es: ¿Cuánto energía el WSN necesita funcionar? La respuesta depende de varios factores. ¿Por ejemplo, cuantas veces las lecturas necesitan ser tomadas? ¿Y cuánto datos serán enviados y hasta dónde serán transmitidos?

Las preguntas con respecto a la transmisión de datos son críticas en que el transmisor-receptor come generalmente encima del 50% de toda la electricidad necesaria para una lectura del sensor. Una lista de lavadero de otros factores afecta a uso de la energía de WSN. (Véase los factores el afectar del consumo de energía.)

La cantidad de electricidad proporcionada por fuentes de energía-cosecha depende de cuánto tiempo tienen acceso a la energía ambiente. Las células solares necesitan luz del sol. Y los dispositivos piezoeléctricos que dan vuelta a vibraciones de los coches que entran sobre un puente del nonsuspension energía necesitan el tráfico que cruza el puente. Por lo tanto, la medida primaria para comparar la energía que cosecha (o que limpia) es densidad de energía, no densidad de energía.

La cosecha de la energía está generalmente conforme a niveles bajos, variables, e imprevisibles de energía disponible, así que una estructura híbrida que conecta la máquina segador y un depósito de la energía es a menudo necesaria. Deja la máquina segador actuar pues la fuente de alimentación de WSN aunque la energía no se genera continuamente. El depósito de la energía, una batería o condensador, suministra energía cuando está requerido pero consigue de otra manera cargado regularmente de la máquina segador. Así, cuando no hay energía ambiente a cosechar, el depósito debe accionar el WSN.

¿Por supuesto, de un diseñador? la perspectiva de s, ésta agrega otro grado de complejidad porque él debe ahora considerar cuánto energía se debe almacenar en el depósito para compensar la carencia de la energía ambiente. Apenas cuánto un WSN requiere depende de varios factores. Éstos incluyen:

¿? La longitud de la energía ambiente del tiempo es inasequible.

¿? ¿El WSN? ciclo de deber de s (cuantas veces él hace lecturas y transmisiones de los datos).

¿? El tamaño y el tipo de depósito (condensador, supercapacitor, o batería).

¿? Si hay bastante energía ambiente para accionar las lecturas y las transmisiones de WSN y para cargar el depósito.

Costes y tasación de WSN

El coste de un WSN depende de varios factores, pero cuánto WSNs se está comprando podría ser el más importante. El otro factor principal es el tipo de sensor o de transductor que es utilizado puesto que la electrónica es costo relativamente bajo. El convertidor, el microcontrolador, y el transmisor-receptor de dc/dc pueden costar tan poco como $12 en volumen. El LTC330EUH se tasa en $3.55 si usted está comprando 1.000 de ellos. Sin embargo, los generadores y el piezoelement termal-eléctricos pueden costar $30 a $50 en porciones de 1.000, dependiendo de la salida del tamaño y de energía. En volúmenes más grandes, el precio debe ir abajo, posiblemente por mitad. Un solo WSN se puede construir generalmente para $30, en volumen. Pero después de la fabricación y de la asamblea, la comercialización, y siendo vendido en un beneficio, el precio puede bajar fácilmente en la gama $100 a $150.

La conexión eléctrica

WSNs debe conformarse con generalmente niveles bajos de la energía. Por lo tanto, sus componentes tienen que ocuparse de esos niveles de energía. Afortunadamente, el diseño y el trabajo de ingeniería se ha hecho ya con respecto a transmisores-receptores y a microcontroladores. Pero en el lado de la energía-conversión de la ecuación, ha habido un vacío. ¿Eso? s porqué Linear Technology Corp., Milpitas, California, introdujeron recientemente su LTC3330 para tratar específicamente este requisito.

El LTC3330 entrega hasta 125 mA de la corriente de salida continua para ampliar la vida de batería en que la energía harvestable está disponible. La viruta no extrae ninguna corriente de la fuente de la batería al proporcionar energía regulada a la carga (sensor) de la energía cosechada. Dibuja solamente nA 750 cuando es accionada por la batería bajo condiciones sin carga. El IC combina una fuente de alimentación de energía-cosecha de alto voltaje y un síncrono buck-alza el convertidor de dc/dc cuando es accionada por una batería de la célula primaria. Esto crea una sola salida noninterruptible para WSNs.

¿El LTC3330? la fuente de alimentación de s consiste en un puente rectificador de onda completa que acomode entradas de la CA y de C.C. y un convertidor eficiente del dólar. Puede ayudar en energía del barrido de los dispositivos piezoeléctricos (CA), solares (C.C.) y magnéticos (CA). Las energías de entrada de la célula primaria el convertidor que funciona encendido 1.8 a 5.5 V en su entrada. Puede ser utilizado cuando no hay energía harvestable para regular la salida si la entrada está arriba, abajo, o igual a la salida.

Cuando no hay energía ambiente, automáticamente las transiciones LTC3330 a la batería. ¿Esto amplía un WSN? vida de s a partir del 10 durante a 20 años si la energía ambiente conveniente es por lo menos mitad disponible del tiempo, e incluso más largo útiles si es más frecuente. Esto es significativo con el cálculo del coste de las células de Tadiran “C” alrededor de $16 por cada uno. Y el coste para intercambiarlas hacia fuera incluye la mano de obra, que puede ser significativa. Alternativamente, los usuarios podrían utilizar baterías más pequeñas (de una vida más corta) y bajar costes totales.

Los usos y los dispositivos portables de la energía-cosecha aceptan una gama amplia de niveles de energía para su operación, de microvatios a mayor de 1 W, tan allí es mucho la energía-conversión ICs en el mercado. Sin embargo, en el extremo inferior de la gama de energía, donde los nanoamps de corrientes necesitan ser convertidos, las opciones de la viruta son limitadas.

La máquina segador de la energía LTC3330 y el suplemento de la batería-vida, con su extremadamente - la corriente quieta baja, está bien adaptada para los usos de baja potencia. Una corriente quieta menos que un microamperio prolonga la vida de batería para los circuitos del keep-alive en la electrónica portable, que abrirá la puerta para una nueva generación de WSNs y de otros usos de energía-cosecha.

{{medias[1430].title}}

{{medias[1430].description}}