我國無線溫度傳感器的發(fā)展分析

    最近我們在討論我們家里的溫度調(diào)節(jié)器是如何控制的。這個命題促使我找到一個能夠定位溫控傳感器的解決方案。實際上，許多無線溫度調(diào)節(jié)器可以放置在傳感器可能存在的任何地方。

    這些傳感器系統(tǒng)有一個共同點：電池(通常兩節(jié)AA電池)。同時要求有較高的電容容量，如3000mAh，并且具備鋰內(nèi)核。在被替換前，這些電池的使用時限應(yīng)該超過1年。所以，如果要替換所有傳感器中的一年期電池的話，我可以開出一張很長的列表，如煙霧警報器、一氧化碳探測器、玻璃防爆監(jiān)控器和遠程控制器等。

    當(dāng)一個器件用到這種尺寸的電池時，對于制造商來說似乎需要借機增添其他特性，包括顯示器、按鈕等等。隨著這些特性會在一定程度上增加使用的方便性，但是實際上卻限制了器件應(yīng)用領(lǐng)域。我也曾經(jīng)尋找過尺寸接近圖釘大小的物品，甚至尺寸只有25美分硬幣大小的物品。我希望能夠找到一種墻上溫度調(diào)節(jié)器的替代方案，采用一種小到可以被忽略的遙控式無線溫度傳感器來替代傳統(tǒng)尺寸的傳感器。可惜運氣并沒有那么好。

    當(dāng)你在市場上找不到一個產(chǎn)品的時候，通常有其合理性。有可能是因為當(dāng)前的科技水平還沒有達到需要的程度，或者更有可能是因為還沒有人想到要去開發(fā)這一產(chǎn)品。目前，在小型智能傳感器方面有很多減小其體積的研發(fā)成果，但是并不是我屋子里的所有人都希望這些傳感器比現(xiàn)在更小更智能。因此，我為什么不能找到一個簡化的小型無線溫度傳感器與傳統(tǒng)的恒溫調(diào)節(jié)器相連呢？

    如何將一個無線傳感器與一個恒溫調(diào)節(jié)器相連接呢？現(xiàn)在一些器件已經(jīng)可以每秒發(fā)送一個藍牙低能量數(shù)據(jù)包(BTLE)，這大約需要在一秒的時間周期內(nèi)消耗25微安的功率。如果你將這一時間周期增加到15秒，那么此時的平均電流會比4微安還小。所以，如果以15秒為一個周期來觸發(fā)控制室溫傳感器將是一個合理的選擇。

    除了在15秒內(nèi)傳感器工作所消耗的平均電流外，啟動傳感器并且對數(shù)據(jù)包進行處理運算僅會略微增加額外的功耗。通常來說，這些額外功能的平均功耗小于2微安。所以總的來說，整個傳感器消耗的功耗約為6微安。因此，對于一個3.0伏的輸入電壓來說，我們需要18微瓦的輸入功耗。

    通常辦公室熒光照片條件下不同類型的光電單元的最大功耗情況。光照強度以光強為測量單位，并且分別對每個單位面積來測量光照強度，一個光照強度大小對應(yīng)每平方米一個流明單位。舉個例子，一個普通辦工作表面的光照強度為500光強，也就是說每平方厘米的光強為12到14微瓦。然而，天花板和墻壁的光照強度都非常小，一般來說只有200光強。所以在這種情況下，每平方厘米的最大光強約為5到7微瓦。這些室內(nèi)的光照水平預(yù)計將在未來的幾年中不斷改善，到2015年可能會達到每平方厘米20微瓦。

    考慮到室內(nèi)燈光并不是總是開著的，對于18微瓦對應(yīng)的總面積來說，我們需要多達10平方厘米的光強單元。在這種情況下，我假設(shè)室內(nèi)燈光在一天的25%時間內(nèi)打開。這比我們的那些尺寸只有25美分硬幣大小的無線傳感器來說要大許多，此時的傳感器大小為4.6平方厘米。我們總是能將傳感器的刷新時間減少至30秒。當(dāng)光線強度降低到非常低的水平時，例如小于50光強時，感光單元的功率將會非常小。因此，我們不能基于非常弱的光線來幫我們產(chǎn)生太多的能量。

    當(dāng)使用再生能量為我們的無線溫度傳感器供電時，我們需要解決儲能問題。當(dāng)把功率轉(zhuǎn)換和儲能管理結(jié)合起來考慮的時候，一種集成的解決方式通常是最佳的。現(xiàn)在已經(jīng)存在幾種集成電路解決方案。其中，關(guān)鍵的參數(shù)是啟動電壓、靜態(tài)電流和能量效率。這些器件通常還具有其他功能，如低儲能警示，甚至能夠在不同的儲能設(shè)備之間自動切換。

    如果我們用CR2032代替再生能量技術(shù)，會發(fā)生什么情況呢？當(dāng)放電至2.8伏時，電容在20攝氏度、18微瓦放電情況下的蓄能能力為170mAh。為了充分使用這種電容，需要一種自舉整流器來提供3伏的輸出電壓。通常mWh的儲能能力對應(yīng)490wWh。對應(yīng)18微瓦的平均功耗來說，一個鈕扣電池能夠為無線溫度傳感器供電長達三年之久。在這種情況下，采用再生能量技術(shù)可能并沒有優(yōu)勢，而且每三年更換一次電池也不是一件容易的事情。

    所以，為什么我無法找到一種尺寸只有一個25美分硬幣的無線溫度傳感器呢？我實際上也無法給出答案。可能市場人士會說只有我是這種傳感器的唯一消費者。也可能這些系統(tǒng)通常必須具備顯示器，因此這種鈕扣電池?zé)o法為這套系統(tǒng)提供足夠長的供電時間。如果考慮到百分之十的轉(zhuǎn)換損耗和300納安的靜態(tài)電流，我將不得不每隔兩年半更換一次電池。

    如果一個可以與貼在墻上的恒溫調(diào)節(jié)器連接的、并且會不斷發(fā)聲的無線溫度傳感器，其尺寸只有兩個疊在一起的25美分硬幣那么大，你會是什么想法呢。也許這是最適合我們家房間的最佳解決方案吧！<