采用TI超低功耗技术的无线电源能量收集技术-电子工程世界

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2008 年 8 月 27 日，AdaptivEnergy 公司推出采用 Joule-Thief™ 技术开发的演示套件，用于进行能量收集，并为德州仪器 (TI) 超低功耗 MSP430 微控制器 (MCU) 与 RF 技术进行采集数据、控制系统操作或将感测数据传输至中心采集站提供核心电源动力。该套件充分展示了能量收集与射频 (RF) 技术在无线传感、监控或环境智能等方面的卓越优势。Joule-Thief 能量收集器是基于 AdaptivEnergy 公司 Ruggedized Laminated Piezo (RLP®) 技术之上。该技术能够使紧凑型能量收集模块为无线传感器等应用提供主要电源动力。这些无线传感器可用于在无线或无需电池的情况下收集环境智能信息，对工厂、汽车、办公大楼、家庭及其它环境中的危险情况进行检测并报告。

潜力巨大的新兴市场

根据 Darnell集团的统计数据，全球用于无线传感系统的能量收集解决方案市场潜力巨大。预计到 2013 年这一市场的规模将达到约1.64 亿套，年复合增长率近 65%。能量收集是低功耗技术一个重要的新兴领域，不仅可通过风能与太阳能系统满足大规模的电力能源需求，而且还可满足传感器网络等小规模需求。该技术充分利用建筑、车辆以及机械内部固有的振动产生或收集能量，从而在无线和没有电池的情况下也能驱动传感器。例如，借助于Joule-Thief 技术，传感器可从大桥上的车辆所产生的隆隆振动中收集能量，然后将该数据从大桥上所有的无线传感器传输至采集点，以便在采集点通过对数据进行分析来监测桥体结构的稳固程度 (structural soundness)。

能量收集变得成本低廉而又简单易行

过去，向传感器－发送器网络系统供电需要花巨资安装线路或定期更换电池。但是，在难以到达或危险的区域中采用有线传感器收集数据也许是不可行的，甚至会在线路安装和电池更换过程中造成人员伤亡。而如今，AdaptivEnergy 公司的Joule-Thief 技术不仅使远程结构与安全监控变得简单易行，同时还显著降低了相关程序的成本。

Joule-Thief 技术完美结合了 AdaptivEnergy 独特的应力-偏压 (stressed-biased) RLP 能量收集束，可将振动或运动转换成可用的电能。与压电型能量收集器件相比，RLP 智能能量束 (RLP Smart Energy Beam) 允许超过十倍的应力作用于压电陶瓷，从而产生更多可供系统使用的转换电源。除了直接传感运动外，这种多功能的设计还可接受来自外部传感组件的输入，有助于检测桥梁与高层建筑物中的应力、工厂设备的损耗程度、汽车以及其他多种环境条件下的过热、危险化学品以及不安全状况等。

基于由 MSP430F2274 微控制器与 CC2500 RF 收发器所组成芯片组之上的工作智能与通信对 RLP智能能量束与电子收集设备形成了有益补充，从而使 Joule-Thief 设计能够从电容器中存储的电荷中获取尽可能多的处理与传输。MSP430 微控制器在工作与待机模式下拥有业界领先的超低功耗特性，可针对更出色的低功耗/高性能解决方案实现不到 1 微秒的快速唤醒。

片上系统 (SoC) 与诸如模数转换器 (ADC)、定时器、比较器以及各种存储器配置等 MSP430 微控制器外设的集成，不仅有助于AdaptivEnergy节省空间并降低电路板成本，同时还使其能够构建适用于各种环境智能应用的免维护无线传感器。TI的 CC2500RF 收发器在 2.4GHz 范围内运行，从而使其正好适用于可靠的低成本数字无线应用。

采用 Joule-Thief 演示套件与 eZ430-RF2055 开发工具可快速开展工作

AdaptivEnergy 提供的 Joule-Thief 能量收集演示套件包含采用火柴盒大小封装的 RLP 智能能量束以及收集与存储电子设备，使开发人员可轻松从振动中研究能量的收集。此外，AdaptivEnergy 还提供 TI的eZ430-RF2500 微控制器开发工具，其包括开发整套无线控制网络所需的所有软硬件以及以 USB 棒状盒形式配套提供的、针对系统内编程与调试的仿真器。通过结合使用 Joule-Thief 套件与 eZ430-RF2500 微控制器工具，开发人员可拥有一整套用于设计由环境振动驱动的低成本、低功耗无线传感器系统。