超低功耗自供电无线氧传感器设计

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在环境恶劣或者难以布线的偏远地区,无线传感器的应用越来越广泛。无线传感器一般指的是使用无线信号传输方式的传感器,有的传感器虽然采用无线方式进行信号传输,但是供电仍然采用有线方式。有的传感器采用电池供电,实现了真正意义上的无线。然而,对于有些应用场合,既无法采用有线供电,也很难定期更换电池,就必须考虑使用自供电的方式。由于自供电需要通过外部环境获得能量,因此缺点是对外部环境的依赖性较强,例如风能、太阳能等等。尤其是对于某些应用场合,对传感器的体积有严格要求,无法采用大体积的太阳能电池板或者风力发电机进行供电,传感器的体积越小,获取充足功率的外部能量就越困难。因此,在这类场合,系统的低功耗设计就极为重要。这篇论文介绍了一种超低功耗自供电无线氧含量传感器的设计。该传感器设计方案不是针对某特定工程应用而提出,因此具有一定的通用性,通过修改传感器接口电路,就可以连接其他类型的传感器,从而实现自供电无线信号传输功能,因此实用性较高。系统的核心控制器采用德州仪器公司推出的著名的MSP430单片机,无线发射部分采用了电容三点式振荡器实现了简单的无线数据发送功能。控制器与无线通信模块平时都处于休眠状态,只有在进行数据传输的时候才唤醒,因此显著降低了系统功耗。由于自然环境中诸如光能、机械能等能量往往是不连续的,为提高系统供电的稳定性,本文采用了基于光电池的光能采集与基于压电陶瓷的振动能量采集的双路能量采集方法。光电能量采集技术成熟,应用广泛,因此本文能量采集的研究重点是基于压电陶瓷的振动能量采集。最终设计的自供电系统在实验室测试环境中能够满足本设计的超低功耗传感器数据采集及无线发送的需求。
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