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Energy Harvesting

Power fürs Internet der Dinge

9. Juni 2015, 9:29 Uhr | Ralf Higgelke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Anwendungsbeispiel Temperatursensor

Entwickler sollten bei der Verwendung von Energy-Harvesting-Generatoren einige wichtige Punkte beachten: So sollte, zusätzlich zur Entwicklung der Sensorsysteme, vorab das Energiebudget berechnet werden. Auch ist es ratsam, die Energiegewinnung eines Generators einzuschätzen und den Zeitbedarf zu errechnen, den ein Mikrocontroller für die Berechnung des Energiebedarfs benötigt. Dazu hat Cypress das Webtool »Easy DesignSim« geschaffen (Bild 1). Dazu im Folgenden ein Anwendungsbeispiel für die Energieversorgung eines fiktiven Temperatursensors, der per Funk seine Messwerte an ein Empfangsgerät sendet.

Die zu lösende Aufgabe des Temperatursensors – das Senden der Messwerte per Funk – besteht aus vier Schritten:

Initialisieren des Mikrocontrollers,
Auslesen des Sensors,
Erstellen des zu sendenden Datenpakets,
Senden des Datenpakets.

Nach dem Durchlaufen dieser vier Schritte soll eine halbe Sekunde gewartet werden, bevor der nächste Messwert aufgenommen werden kann. Für die einzelnen Schritte ergeben sich die in Tabelle 1 aufgeführten Anforderungen an die Versorgung.

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Schritt	Strom /mA	Dauer /ms
Initialisieren MCU	1,1	3,3
Auslesen des Sensors	13,5	35,0
Erstellen des Datenpakets	15,0	7,0
Senden des Datenpakets	30,0	0,7
Standby	0,05	500,0
Summe		546,0

Tabelle 1: Stromverbrauch und Dauer der vier Schritte

Als Generator wird ein Solarpanel mit neun amorphen Siliziumzellen gewählt. Es steht bereits in Easy DesignSim zur Verfügung. Aus dem Datenblatt ist zu entnehmen, dass die Solarzellen bei einer Beleuchtungsstärke von 2000 lx (Lux) etwa 845 µW elektrische Energie bereitstellen. Die Ausgangsspannung dieses Panels liegt mit mehr als 4 V über der Versorgungsspannung des Temperatursensors. Da im vorgestellten Beispiel die Versorgungsspannung des Geräts höchstens 3,3 V betragen soll, wird als PMIC der Abwärtswandler MB39C811 benötigt.