采集能源定量供应:无线传感器节点功耗限制

图1显示了一个实例网络以及每个节点的子系统。基于易于部署和更低安装成本方面的考虑，各个节点都要求能够以无线方式通信。为了降低通信开销和缩短响应时间，我们希望节点能够本地处理传感器数据，并可以控制传动器。对大量的节点进行日常维护（例如：电池更换等），其成本可能会极其的高。理想的情况是仅依靠存储/采集能源传感器便可持续工作数年时间。

传感器、无线电设备和微控制器 (MCU) 的选择取决于具体的应用性质。本文重点介绍办公环境下的传感器网络，其面向的应用包括能源管理、安全或者资源规划等。

能源与存储

光能通常是室内环境下存在最多的一种环境能源形式。现代的一些太阳能电池（由非晶硅制成），在一个200 lux荧光灯光源的照射下，可产生约5uW/cm2。表 1列举出了能源获取速率的估计值，其表明一块10cm2太阳能电池可产生70–120 uW。

表1 一般室内荧光灯照明环境下的能源获取速率近似值

微型热发电机利用一定的温度梯度来产生电能。但要产生15uW/cm3的功率密度，热采集器需要约10oC的热梯度。许多应用环境，特别是室内环境，都没有较大幅度的温度波动。因此，热采集器的适用性受限于这些环境。

当今的一些振动能源采集器，需要约1.75–2.00g的加速度（室内环境一般没有这么大的量级）来产生60微瓦的功率。

能量存储的板上容量非常有限，而采集环境能源的机会也很有限，因此需要传感器非常节省地使用能源。例如，电池容量为100mAh的一块太阳能电池获得70uW，便可为10年的节点使用寿命提供一半时间的供电。该节点必须让其各子系统工作，且平均功耗不得高于39uW。