采集能源定量供应：无线传感器节点功耗限制

如果我们周围的系统能够自己检测其环境变化并做出反应，这毫无疑问会彻底改变我们的生活。无线传感器网络就是这样一个系统，系统中的一些分布式传感器实施（节点）通过无线方式相互通信，共同对物理刺激做出响应。本文概述了节点的一些最新发展情况，帮助您了解系统级的设计方法。

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。

图 1 传感器节点通过采集能源供电，自主判断其环境变化情况，并可利用多种协议进行通信。

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 5 uW/cm2。表 1列举出了能源获取速率的估计值，其表明一块 10 cm2 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 15 uW/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。