【導讀】無線傳感器節點正越來越多地應用于我們的日常生活中，因為它們適合在多種多樣以及難以到達的環境中使用。它們不需要接通電源，因為它們通常都連接到電池。

無線傳感器節點正越來越多地應用于我們的日常生活中，因為它們適合在多種多樣以及難以到達的環境中使用。它們不需要接通電源，因為它們通常都連接到電池。然而，電池的續航能力是有限的，電量用完的電池必須進行更換或充電，但更換電池需要花費時間和精力，并可能產生非常高的成本。如果能延長電池續航時間，就可以避免這樣的問題，同時還意味著長壽命應用也可以使用獨立的傳感器節點。這可以借助能量收集來實現。能量收集器可以從環境中收集可用的能量，如機械能、熱能或光伏能量，并將其轉化為電能。本文將展示不同的能量收集技術和有效存儲所收集的能量所需的電路。

能量收集技術

無線傳感器節點 (WSN) 可以感知、處理和傳輸特定的參數。它們對于環境和結構監測具有重要意義，在醫療領域也應用于監測人體健康。它們通常由電池供電，并且經常長時間使用，所以電池續航時間對它們而言至關重要。

這些傳感器節點通常用在難以到達的地方，要在電量用完時進行充電或更換電池，會是一件非常昂貴的事情。目前有多種方法可以降低WSN能耗并大幅延長電池續航時間，包括調節WSN內部的功耗，以及通過編程的方式根據忙閑度來控制其運行，使之在通常情況下持續運行在低功耗模式（深度睡眠）下，只在較短的時間內激活以便執行數據采集、計算、測量和通信等任務。

許多新興應用都需要數十年的網絡壽命，僅靠電池已經難以滿足需求。如果要將無線傳感器部署到運行時間超出電池續航能力的長期應用中，可以通過能量收集器來延長電池續航時間，確保WSN能夠自我供電，最終達到所需的續航時間，具體實現方式如(圖1)所示。

圖1：由能量收集供電的無線傳感器節點示意圖（圖源：貿澤電子）

要借助能量收集器為WSN供電，首先要調查可用的環境能量來源，主要包括光、熱、機械振動、射頻 (RF) 和風。要將從這些能量來源收集的能量轉變為電能，需要采用相應的換能裝置，例如通過光伏電池收集室內照明能量、通過壓電元件收集振動能量，以及通過熱傳導發電機 (TEG) 收集溫差能量。隨后，需要通過電源管理電路將收集的能量儲存到電池或超級電容中。

電源管理

電源管理電路的目的是將能量收集器與傳感器節點連接起來，汽車室外溫度傳感器故障現象，同時盡可能高效地轉化收集到的能量。在電源管理電路中，首先要考慮的是收集器的輸出電壓，因為不同類型能量收集器的輸出電壓是不同的，例如熱傳導發電機輸出的是毫伏級別的直流電壓，而壓電發電機輸出的是幾伏到幾十伏的交流電壓。對于后者，電源管理電路必須對能量收集器的輸出進行整流，并將電壓轉換至1.8V到3.6V之間，也就是傳感器節點的標準工作電壓。此外，電源管理電路的內部阻抗必須匹配壓電發電機的阻抗（通常為數千歐至數兆歐），從而盡可能高效地傳輸能量。

整流

產生交流電壓的能量收集器種類包括電磁式（射頻）、電磁式（機械）、靜電式和壓電式，它們產生的交流電壓必須經過整流才能供WSN使用。整流是電源管理電路所需的第一個部分，(圖2)所示即為連接到壓電元件的全波橋整流電路。

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圖2：連接到壓電元件的整流電路（圖源：貿澤電子）

相比單二極管而言，橋式整流器是更受歡迎的選擇，因為它能提供全波整流，將交變電壓變換為直流脈動電壓。對于真正的二極管，必須要考慮正向電壓，硅二極管的正向電壓為0.7V，鍺二極管為0.3V，肖特基二極管僅為0.1V。電容Cr（圖2）用作平滑電容。在此例中，整流電壓以電能的形式儲存在電容器中，并為負載RL供電。

DC/DC轉換器

電源管理電路的另一大主要功能是調節能量收集器產生的電壓。如果電壓太低，就必須升高電壓；反之，如果電壓太高，就必須降低電壓。要讓WSN正常工作，就需要將工作電壓穩定在1.8V和3.6V之間，并且要以盡可能高效的方式來進行，從而盡量降低能量損失。此外，電源管理電路還負責為WSN電池充電。為了簡化設計過程，有多種產品可用于處理由能量收集器供電的WSN的電源管理。

LVOUT（低壓），1.2V或1.8V，用于向微控制器供電。

HVOUT（高壓），可為無線電收發器供電，電壓可以在1.8V到4.1V之間進行配置。

兩種電源電壓選項的產品均采用高效的低壓差 (LDO) 穩壓器驅動，以確保低噪聲和高穩定性。(圖3)所示為AEM10941的典型應用。

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“汽車溫度傳感器壞了的特征：發動機出現過熱的現象，儀表盤上也會出現黃色的水溫故障燈提醒駕駛員對其進行檢查。當汽車溫度傳感器損壞后，一定要及時對其進行修理，防止在用車的過程中產生安全隱患。”。

圖3：AEM10941應用實例示意圖（圖源：e-peas）

Analog Devices LTC3331是另一款多合一電源管理IC電路，可以連接到采用壓電、太陽能或磁力等能量來源的能量收集器。該產品集成了全波橋式整流器，并且結合了降壓開關穩壓器和降壓-升壓開關穩壓器。此外，該產品配備片上優先排序器，可根據收集的能量或電池的可用電量選擇合適的轉換器。LTC3331可以處理3V至19V之間的能量收集輸入電壓。該產品還包含低靜態電流并聯電池充電器，可利用收集的能量為鋰離子電池充電。(圖4)所示為LTC3331典型應用的電路示意圖。

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圖4：LTC3331典型應用電路示意圖（圖源：Analog Devices）

存儲

可充電電池和超級電容是最常出現的兩種儲能產品。超級電容類似于傳統的電容器，但它們能夠以較小的尺寸實現非常高的容量，并且與可充電電池相比具有若干優勢，例如：

· 超級電容可以根據需要頻繁充放電，而電化學電池的典型壽命不足1000次。

· 超級電容可以通過簡單的充電電路快速充電，降低了系統的復雜性，而且無需借助保護電路來防止過度充電或過度放電。

· 漏電流和自放電對電池和超級電容都會構成影響。電池的優點是自放電問題比超級電容小得多，因為電池的比能較高，可以使電荷保持更長時間。

結論

現在，我面需要提出的問題是：能量收集值得嗎？這取決于你想要運行多長時間的應用。可以確定的是，能量收集確實可以延長電池續航，以支持WSN運行更長時間，但只有當收集的能量能夠滿足WSN的功耗時才可行。 前言

溫度傳感器是指對溫度進行感應，并將感應的溫度變化情況轉換為電信號的功能部件。我們在練習溫度傳感器檢測代換之前，要先對溫度傳感器的安裝位置、結構特點和工作原理有一定的了解。

溫度傳感器的安裝位置結構

在空調器室內機中，通常設有兩個溫度傳感器，即室內溫度傳感器和管路溫度傳感器。室內溫度傳感器的感溫頭通常安裝在蒸發器的表面，即進風口的前側，主要用于檢測房間內的溫度；管路溫度傳感器的感溫頭通常貼裝在蒸發器的管路上，由一個卡子固定在銅管中，主要用于檢測蒸發器管路的溫度。下面讓我們具體了解一下溫度傳感器在空調器室內機中的安裝位置。

這兩個溫度傳感器的主要作用就是感應當前的工作溫度，并將感應到的溫度直接傳送給系統控制集成電路，以維持空調器的正常工作。室內溫度傳感器和管路溫度傳感器都通過信號線和插件與主控電路關聯，并將感測的室內溫度信號、蒸發器的溫度信號送入微處理器中，經微處理運算調節決定空調器的當前運行狀態。溫度傳感器實質是一種熱敏電阻器，是利用熱敏電阻器的電阻值隨溫度變化而變化的特性來測量溫度及與溫度有關的參數，井將參數變化量轉換為電信號，送入控制部分，實現自動控制。

溫度傳感器的工作過程

下面我們先了解一下溫度傳感器是如何感測室內溫度的。下圖是典型空調器室內機溫度傳感器的工作原理示意圖。

1.室內溫度傳感器輸入信號

室內溫度傳感器TH1的一端接+5V電壓，另一端接由二個電阻構成的分壓電路，當TH1檢測到溫度發生變化時，其阻值變化引起分壓電路的電壓變化，將室溫信號送入微處理器的38腳。室內溫度傳感器TH1的兩端并聯一個電容，在正常溫度下，該溫度傳感器輸入端的電壓約為2V。

管路溫度傳感器TH2的輸岀信號經電阻分壓后，由微處理器的37腳輸入。該電壓信號反映了室內機盤管的溫度。在正常情況下，該溫度傳感器輸入的電壓約為3V。

不同的汽車溫度傳感器，損壞后會出現不同的特征：進氣溫度傳感器 進氣溫度傳感器出現故障或損壞，發動機將不能準確計算出噴油量，造成混合氣過濃或過稀，汽車會出現啟動困難、怠速不穩、抖動或排氣管冒黑煙等情況，影響發動機。

2.回管路溫度傳感器輸入信號

另外，溫度傳感器根據其感應特性的不同可分為PTC傳感器和NTC傳感器兩大類。其中，NTC傳感器為負溫度系數傳感器，即傳感器的阻值隨溫度的升高而減小；PTC傳感器為正溫度系數傳感器，即傳感器阻值隨溫度的升高而增大。

溫度傳感器的檢測方法

檢測溫度傳感器通常有兩種方法：一種是在路檢測溫度傳感器的供電端信號和輸出電壓（送入微處理器的電壓）；一種是在開路狀態下，檢測不同溫度環境下的阻值。

汽車溫度傳感器壞了后，發動機就會出現過熱現象，儀盤表上也會出現黃色的水溫故障問題燈提醒行駛員對其做好檢測，建議立刻對其做好修理，避免在用車的流程中造成安全隱患。溫度傳感器（temperature transducer）是指能感受溫度并轉換。

在路檢測溫度傳感器相關電壓值時，將室內機中的電路板從其電路板支架中取出，然后連接好各種組件，接通電源，在路狀態下，對空調器中的溫度傳感器進行檢測。

檢測前，應先弄清楚溫度傳感器與其他元件之間的關系，分析或找準在正常情況下相關的電壓值，然后進行檢測，根據檢測結果判斷好壞。下圖為空調器溫度傳感器的檢測示意圖。

汽車空調溫度傳感器壞了特征：會導致空調壓縮機不能正常運轉，影響空調調節能力，空調工作就會出現錯亂，導致空調出現啟動頻繁現象，甚至不能使用。應及時檢修或更換，這樣才能確保汽車能夠正常使用。汽車空調溫度傳感器在空調使用過程。

可以看到，在正常情況下，室內溫度傳感器與管路溫度傳感器均有一只引腳經電感器后與5V供電電壓相連，因此在正常情況下，兩只溫度傳感器的供電端電壓應為5V，否則應判斷傳感器是否為開路故障。

另外一只引腳連接在電阻器分壓電路的分壓點上，并將該電壓送入微處理器中，在正常情況下，室內環境溫度傳感器送給微處理器的電壓應為2V左右，管路溫度傳感器送給微處理器的電壓值應為3V左右，溫度變化，其電壓也變化，范圍為0.55~4.5V.否則說明溫度傳感器異常。

空調器室內溫度傳感器與管路溫度傳感器經電感器與5V供電電路關聯，在正常情況下用萬用表的直流電壓擋對該端電壓進行檢測。若電壓正常，則說明溫度傳感器供電正常；若無電壓，則檢測傳感器是否開路或電源供電部分是否異常。

溫度傳感器工作時，將溫度的變化信號轉換為電信號，經插座、電阻器后送入微處理器的相關引腳中，可用萬用表的直流電壓擋檢測傳感器插座上送入微處理引腳端的電壓值，在正常情況下應可測得2?3V的電壓值。

若溫度傳感器的供電電壓正常，插座處分壓點的電壓為0V，則多為外接傳感器損壞，應對其進行更換。一般來說，若微處理器的傳感器信號輸入引腳處的電壓高于4.5V或低于0.5V，都可以判斷為溫度傳感器損壞。另外，溫度傳感器外接分壓電阻開路也會引起空調器不工作、開機報警溫度傳感器故障的情況。

開路檢測溫度傳感器是指將傳感器與電路分離，在不加電的情況下，在不同的溫度狀態（常溫和高溫）時，通過檢測溫度傳感器的阻值變化情況來判斷溫度傳感器的好壞。開路狀態下檢測空調器溫度傳感器的方法如下圖所示。

在常溫下，對管路溫度傳感器進行檢測，即將管路溫度傳感器放置在室內環境下，用萬用表的電阻擋檢測其電阻值，正常情況下，蒸發器管路溫度傳感器的阻值為6.45k左右，室內環境溫度傳感器的阻值為6.18k左右。

汽車空調溫度傳感器壞了會導致空調壓縮機不能正常運轉，影響空調調節能力，空調工作就會出現錯亂，導致空調出現啟動頻繁現象，甚至損壞。空調控制部分共設有三個溫度傳感器：室溫傳感器，主要檢測室內溫度，當室內溫度達到設定要求時。

在高溫下檢測溫度傳感器時，可以人為提高溫度傳感器的環境溫度，如用水杯盛些熱水，并將溫度傳感器的感應頭放入水杯中。后再用萬用表進行檢測。

空調器的溫度傳感器為負溫度傳感器。因此在高溫狀態下，檢測室內溫度傳感器和管路溫度傳感器的阻值應變小，如上述測試中。在高溫下，室內環境溫度傳感器的阻值為1.87k左右，管路溫度傳感器的阻值為1.022k左右。

如果溫度傳感器在常溫、熱水和冷水中的阻值沒有變化或變化不明顯，則表明溫度傳感器工作已經失常，應及時更換。如果溫度傳感器的阻值一直都是很大（趨于無窮大），則說明溫度傳感器出現了故障如果溫度傳感器在開路檢測時正常，而在路檢測時其引腳的電壓值過高或過低，就要對電路部分做進一步的檢測，以排除故障。

溫度傳感器阻值偏髙或偏低都將引起空調器工作失常的故障’當溫度傳感器阻值變小時，相當于檢測到溫度升高，微處理器接收到該傳感器送來的信號后，會以為室內溫度或蒸發器管路溫度高于一定值。從而控制空調器室內機風扇電動機一直運行；若溫度傳感器阻值變大，則相當于檢測到溫度降低，微處理器同樣會參照該信號（并非正常的信號）對空調器做出相應的控制，引起空調器控制異常的故障。