我们常见的几乎所有传感器都使用有线连接进行数据通信和供电。使用导线、护线管及其它基础设施安装传感器网络的成本已经变得非常高昂。
也有更新的解决方案使用各种无线协议，如ZigBee、蓝牙、4G和Lora等，来实现传感器无线数据传输。但是，无线传感器仍然需要供电，如使用AA电池等。但是电池会损耗，更换电池则通常需要付出昂贵的成本。我们需要的是一种解决方案，可以收集无线传感器设备周围的环境能量为传感器供电，使无线传感器可以彻底抛弃电源。
零功耗无线传感器解决方案
常规无线传感器网络的一个缺点是，为传感器、无线传输、处理器和系统的其他电子元件提供能量所需的电池可靠性差且使用寿命有限。这种限制在一定程度上限制了无线传感器的更大规模应用。传统电池可以通过使用能量收集技术来代替，该技术使用与集成可充电电力存储设备绑定的能量转换器。这个迷你“发电厂”可以无限延长无线传感器的使用寿命。
零功耗无线传感器通常由五部分组成：
1、传感器，用于检测和计算所需的环境参数，例如运动、位移、温度、湿度、压力、液位、PH值、光照度、应变、振动等。
2、能量收集器，将某种形式的环境能量转换为电能，为传感器系统供电。
3、控制器，用于接收来自传感器的信号，将其转换为用于分析的有用形式，并与无线传输模块进行通信。
4、无线传输单元，用于将信息从处理器连续、定期或事件驱动地传输到主机接收器和数据收集点。
能量收集器
无线传感器的传统电源通常是一次性的（即不可充电）电池，例如 AA 或 AAA 碱性电池、锂亚硫酰氯、纽扣锂电池等。但是还有另一种提供电源的方法 - 收集传感器设备周围的环境能量。能量收集器可以提供传感器节点所需的功率和能量，此外，在传感器节点的使用寿命期间不需要电池维护。实际上，能量收集使永久传感器成为可能。
能量收集器是一种定期或持续可用的电源。例如，这种电源可以以温差、振动源（如交流电机）、辐射或传播电磁波或光源的形式出现。这些电源中的任何一个都可以使用旨在将其中一种形式的功率转换为电能的换能器转换为有用的电能。
以下传感器是最常见的：
● 光伏发电：也称为太阳能 - 将光转换为电能
● 静电或电磁 - 将振动转换为电能
● 热电：将温差转换为电能
● 压电：将机械机芯转换为电能
● 射频和电感：将磁能转换为电能
每个传感器的效率和功率输出因传感器设计、结构、材料、工作温度以及可用输入功率和传感器输出端的阻抗匹配而异。
电源管理和固态电池
零功耗无线传感器需要低功耗电源管理电路来调节传感器的输出功率、存储能量并向无线传感器的其余部分供电。
在大多数环境中，任何自供电传感器都不能确保在任何情况下都可以为负载持续供电。虽然每个换能器都以一定的幅度为系统规律性提供功率，但它们不储存能量。因此，当电源消失时，在没有储能设备的情况下，就不能为负载提供电力了。此外，能量收集器通常不能保持系统运行所需的恒定的输出电压；因此，传感器功率的调节对于传感器、处理器和变送器的正常工作至关重要。特别是，如果没有储能设备，也很难提供驱动无线发射器所需的瞬时脉冲电流。
传统的可充电储能设备，如超级电容器和纽扣电池，在充放电循环寿命、自放电以及充电电流和电压要求方面存在严重限制。新的可充电固态电池 （SSB） 现已上市，例如 Cymbet EnerChip™ 产品系列，克服了传统电池和超级电容器的局限性。
能量收集器具有多种有效的“能量检测”功能，包括用于与微控制器通信的握手功能。检测电路确定无线传感器是否有足够的功率来运行系统。如果是，微控制器会收到一个信号，指示电源模块运行正常。如果可用功率不足，则会发出信号，提醒微控制器进入低功耗模式，如果已编程，则通过无线传输单元发送信息，以相应地提醒无线接收器设备。还有一条来自电源管理器的控制脚，可以断开 EnerChip SSB 与电路的连接，以便使用所有可用的输入电源来操作系统，而不是将部分电源转移到 EnerChip 为电池充电。
微控制器、传感器和无线传输单元
传感器的输出与微控制器相连，微控制器处理通过测量所需的参数（例如温度、压力、加速度等）产生的信号，并将其转换为可用于数据传输、收集和分析的形式。此外，微控制器通常将此信息馈送到无线传输单元，并在预先设定的时间间隔或基于特定事件的发生来控制其激活。微控制器和无线传输单元尽可能在低功耗模式下运行，以最大限度地延长电源寿命，这一点很重要。根据无线传输单元和微控制器的静态电流、发射机功率和占空比，以及所需任何信号处理的复杂性和持续时间，电源的消耗可能主要由稳态或有功功耗决定。此外，还可以通过微控制器固件算法来降低功耗，这些算法可有效管理上电和断电序列、模数转换和事件驱动中断。
结论
由于导线连线传感器系统的安装成本不断上升、低成本传感器节点的可用性以及传感器技术的进步，无线传感器系统正变得越来越普遍。基于能量收集的零功耗无线传感器节点是一种经济高效且方便的解决方案。能量收集的使用消除了限制无线传感器扩散的关键因素之一 - 电源的稀缺性，这些电源具有多年无需更换电池即可将能量和电力输送到传感器节点所需的特性。与导线连线解决方案相比，部署零功耗无线传感器可实现显著的经济优势。通过消除电池更换的大量成本，可以节省更多人力成本。结合能量收集传感器、能量处理电源模块、低功耗传感器、能量感知微控制器和优化的射频无线电链路，可实现长寿命、免维护的零功耗无线传感器网络。
如果需要无线传感器功能，可以通过增加无线物联网控制器实现。
● 内置电池或外接5V电源供电
● 无线传输方式支持4G、NB、WIFI、LORA等
● 支持所有传感器接口
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