從環(huán)境到Power醫(yī)療系統(tǒng)采集能量

本文著眼于可用于收獲能量從環(huán)境到供電醫(yī)療系統(tǒng)的不同的技術(shù)，以及他們?nèi)绾伪患傻揭粋€設(shè)計。從太陽能電池到壓電發(fā)生器，也有可用于醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)，其中小型化是必不可少的幾種技術(shù)。

許多醫(yī)療應(yīng)用中希望能夠產(chǎn)生動力來自當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，以避免電池充電的挑戰(zhàn)，并增強它們的連接。

沒電的電池可能意味著丟失數(shù)據(jù)，并且在最需要他們的反應(yīng)非常遲鈍的系統(tǒng)。具有在設(shè)備充電堵塞是不方便的，并且裝置的設(shè)備可能不提供在需要的時候，它可以是一個主要問題。

在日益注重安全性也提出更大的挑戰(zhàn)誰想要從供電穿戴式醫(yī)療監(jiān)護儀克服這一挑戰(zhàn)的電池對環(huán)境收獲的能源系統(tǒng)設(shè)計。還有關(guān)鍵的電源管理問題，這樣的設(shè)計考慮，而是一個范圍的開發(fā)板可以幫助組合能量采集源，低功耗微控制器和無線鏈路。

太陽能發(fā)電是供電給兩個傳感器和在可佩戴的醫(yī)療設(shè)備的無線鏈路的一個日益流行的方式。在使用設(shè)計的太陽能電池的心臟是一個超低功耗微控制器，如德州儀器MSP430。這是用在的eZ430-RF2500-SEH太陽能收集開發(fā)工具包，以幫助創(chuàng)建永久供電的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。所述模塊包括用于根據(jù)低強度熒光燈，它提供了足夠的電力來運行，沒有額外的電池的無線傳感器應(yīng)用在室內(nèi)工作的高效率太陽能電池。輸入也可用于外部能量采集諸如壓電功率。

該系統(tǒng)還管理和存儲附加能量中的一對薄膜可充電電池，其能夠提供足夠的功率為400的傳輸而沒有任何外部電源的。這保證了醫(yī)療數(shù)據(jù)可以可靠地捕獲并不必擔(dān)心電池充電的，因為它們充當(dāng)用于存儲能量，而應(yīng)用程序正在睡覺，并具有光可收獲能量緩沖器傳輸。它們也具有非常低的自放電，這是一個無功率，能量采集系統(tǒng)是至關(guān)重要的。

的的eZ430-RF2500用于運行能量收集應(yīng)用。它是一個完整的基于USB的MSP430無線開發(fā)工具，并提供所有硬件和需要使用16 MHz的MSP430F2274單片機和CC2500無線收發(fā)器軟件。該收發(fā)器工作在未經(jīng)授權(quán)的2.4 GHz頻段與TI的SimpliciTI低功耗通信協(xié)議，鏈接回一個集線器可以是一臺PC或嵌入式數(shù)據(jù)采集中心，正是在這里，該設(shè)計的安全元素將實施。

德州儀器(TI)的eZ430-RF2500開發(fā)系統(tǒng)的圖像

圖1：從德州儀器(TI)的eZ430-RF2500開發(fā)系統(tǒng)采用太陽能電池供電2.4 GHz無線連接，提供醫(yī)療傳感器數(shù)據(jù)中心。

這種方法確保了傳感器和無線鏈路具有足夠的功率從能量收集，高電流脈沖放在電池的特殊要求，并反復(fù)遞送脈沖電流超過一個給定的電池的建議的負載電流可降低電池的使用壽命。傳輸過程中的幾十毫安的脈沖電流在無線傳感器系統(tǒng)中常見和接收模式。不幸的是，電池的內(nèi)部阻抗常常導(dǎo)致從遞送脈沖電流以操作外部電路所需的電壓停止電池的內(nèi)部電壓降。

減輕這種影響的一種方法是將一個低等效串聯(lián)電阻(ESR)電容器兩端的電池。電池充電放電脈沖之間的電容器，和電容器提供給負載的脈沖電流。指定電容為在應(yīng)用程序中一個給定的電池是一次幾個關(guān)鍵參數(shù)是已知的，包括電池的阻抗和電壓，操作溫度，和脈沖電流的幅值和持續(xù)時間的簡單的過程。

的的eZ430-RF2500-SEH開發(fā)板包括固件的考慮到這些限制，以及一個PC應(yīng)用程序，可以顯示所有連接的無線節(jié)點和數(shù)據(jù)被傳送的MSP430。

Silicon Labs的也合并的超低功率無線傳感器，從一個能量收集源供電，用合適的微控制器，用于醫(yī)療系統(tǒng)周期性喚醒以測量和傳送的結(jié)果。因為它是從一個能量收集源供電，沒有電池需要更換的系統(tǒng)，其中有15年(或7 Ah)為具有薄電池，這只是0.17毫米高的預(yù)期壽命的壽命。

傳感器節(jié)點使用Silicon Labs的Si1012無線的MCU，工作在919.84 MHz和由太陽能收集電源供電。當(dāng)該節(jié)點不發(fā)送數(shù)據(jù)時，控制器可保持在低功率狀態(tài)，它僅消耗為50 nA。能量采集供應(yīng)的漏電流，使能時，是約3微安和被抵消由少至50勒克斯照入太陽能電池。這允許能量采集供應(yīng)到即使在黑暗中的系統(tǒng)為大約7天后供電并在兩個與200勒克司照度和室外照明用萬勒克司室內(nèi)照明有效地工作。

能量收集RD開發(fā)板從Silicon Labs的圖片

圖2：從Silicon Labs公司的能量收集RD開發(fā)板可以操作它的919兆赫無線鏈路在黑暗的日子。