7、物联网传感器的电源管理与能源技术

物联网传感器的电源管理与能源技术

1. 电源管理概述

电源管理是一个广泛的话题，涵盖软件和硬件领域。在成功的物联网部署中，理解电源管理的作用以及如何为远程设备和长寿命设备高效管理电源至关重要。架构师需要为边缘设备构建电源预算，其组成部分如下：
- 有源传感器功率
- 数据收集频率
- 无线通信强度和功率
- 通信频率
- 微处理器或微控制器功率（与核心频率相关）
- 无源组件功率
- 漏电或电源效率低下造成的能量损失
- 执行器和电机的功率储备

电源预算是从电源（电池）中减去这些功率贡献者的总和。电池的功率行为并非随时间呈线性变化，放电时电池能量容量下降，电压会呈曲线下降，这对无线通信系统构成挑战。若电池电压低于最低值，无线电或微处理器将无法达到阈值电压而停止工作。

以TI SensorTag C2650为例，其功率特性如下表所示：
| 工作模式 | 电流（mA） |
| ---- | ---- |
| 待机模式 | 0.24 |
| 所有传感器禁用时运行 | 0.33 |
| 所有传感器以100 ms/样本数据速率开启并广播BLE | 5.5 |
| 温度传感器 | 0.84 |
| 光传感器 | 0.56 |
| 加速度计和陀螺仪 | 4.68 |
| 气压传感器 | 0.5 |

该传感器使用额定容量为240 mAh的标准CR2032纽扣电池，预计最长续航约44小时，但基于电池的设备其电量下降速率并非线性。

2. 电源管理技术

常见的电源管理实践包括：