锂亚硫酸氯电池、脉冲频率调节转换器、新型奈米能耗长周期定时器可在休眠周期内保持极低功耗，使无线建筑自动化系统超越有线系统。

南皇电子专注于整合中国优质电子TI代理商国内领先的现货资源，提供合理的行业价格、战略备货、快速交付控制TI芯片供应商，轻松满足您的需求TI芯片采购需求.（http://www.litesemi.com/）

今日许多现代建筑自动化系统皆仰赖无线连接，不仅可简化安装程序，亦适合快速调整与扩张，不过省去线路的同时，设计师需要以电池供电，却又因为得定期更换电池，影响整体系统成本。这些系统的难处在于打造高效能电源管理方案，除了延长电池寿命，TI芯片在与生命安全相关的应用中，必须确保稳定运行。

概述

根据2013年「市场与市场」全球建筑自动化市场将在2018年增至近500亿美元，因为人们追求使工作和生活空间更安全、更舒适、更高效。

市场扩张的部分原因是无线传感器的出现，因此可以轻松安装、扩展和调整，大部分安装成本是人工线路和铜价格，无线自动化基础设施可以大大降低成本，但也增加了系统所有者的长期成本，因为没有线路，系统必须依靠电池运行。

更换电池的成本不同，根据传感器的位置（如6米高的天花板或难以触摸的地方），可能需要大量的劳动力。在理想世界中，电池永远不需要在传感器的使用寿命内更换，但受电池化学反应老化或旧传感器功耗的限制，这个想法是不现实的，所以在大多数无线建筑自动化系统中，电池寿命5年是基本要求，10到15年更有优势。

减少能耗

设计师可以通过多个领域延长电池更换期。首先，了解需要传感器操作的射频环境，通常与其他传感器组成网络。在网络结构中，一些传感器是终端或中继器。

由于射频传输是传感器最大的能源消耗来源，这种配置可以提高能源效率，通过降低传输能耗和通过路由器重复信息，可以形成非常低的功率网络。这种扩展通常用于IEEE 802.15.4基于无线网络，如ZigBee或6LoWPAN。

在ZigBee在网络结构中，如何同步是一个问题。路由器节点必须随时待命。如果节点发送信息或发送到节点，它将转发到其他可用节点。

在超低功率装置中，休眠模式将大大降低功耗，包括射频接收器和其他装置中的大多数块将暂停运行。此时，路由器节点必须通电（如使用交流电）来监控休眠节点在运行过程中发出的信息，因此功耗相当不对称，传感器节点能耗极低，休眠时间较长，路由器节点（或传感器）继续供电并保持接收器运行。

如果你想在超低功率网络中省略线路供电的路由器，定期必须非常准确，但这可能会提高每个节点的成本和复杂性。整个网络必须在很短的时间内醒来、沟通和再次休眠。每个周期之间的距离越长，定期需求就越高。如果网络中的节点没有赶上同步，则必须继续运行，直到下一个醒来周期再次同步，这种情况必须尽量避免发生在电池供电网络中。

在最实用的无线网络中，路由器继续由线路或以太网络供电，节点必须尽可能提高效率，通常微控制器关闭无线电和所有不必要的设备，传感器也关闭所有模拟前端电子设备。

然后微控制器进入低功率模式，依靠定时器定期醒来，启动系统，传输信息，然后进入休眠模式。

工作周期将决定用电量。根据休眠和觉醒的用电量，估计电池寿命：

运作时间(T，可用能源取决于工作周期(EA，单位瓦时除用电量(P，单位瓦特)，算式也可以进一步扩大。

容量(C，单位安培-小时)，VS与VE分别是放电起点和终点电压，PW与PS用电量分别为苏醒周期和休眠周期(单位瓦特)，D工作周期为苏醒阶段(零至一)。在使用寿命超过使用寿命超过五年的应用中α用于调整电池容量损失；电源转换器的效率(eff)它会影响性能，因此必须考虑在内。通常，效率范围为80%(eff = 0.8)至95%(eff = 0.95)之间。

其中一些设计将选择电源。该电源的效率必须在10-20年后不会大幅下降，并在低功率条件下保持高效的电源转换器（如开关稳压器）。前者可选用锂亚硫酸氯电池(Li/SOCl2)，这种产品自一九七零年代问世至今，电池寿命极长(10年至25年以上)，也用于偏远电表等电池供电无线系统，一般电压为3.6 V，而且运行温度范围大(–55°C至125°C)。

如果使用单个锂电池，传感器节点设计可以从3中输出.0 V至3.6 V区间提高到5.0 V，或是使用TPS63001等升降压转换器维持输出3.3 V，升降压最高800 mA。这一特性非常重要，因为射频发送器可能需要大量的瞬时电流。此外，在休眠周期中，大多数转换器没有负载。在转换电源之前，必须能够自动进入脉冲频率调节或其他脉冲省略技术。

即使微控制器进入低功率模式，它也会在休眠周期中继续运行，这仍然会导致能量损失。但至少定时器必须关闭主核心，以节省能源。但即使是这种配置，也可能会有少量的毫安，即使是MSP430等顶级低功率微控制器在备用模式下仍需约0个.3 μA的电流。

新解决方案采用德州仪器专门为长休眠期设计的定时装置TPL5000具有可编程分配器，提供最大间隔64秒的觉醒脉冲，运行时功耗仅为300 nA，无线传感器最多可以在很长的休眠周期内为电池供电两年。(见下图)

结论

随着电池供电无线网络的增加，安装人员和业主希望延长电池寿命，甚至在网络使用寿命（25年以上），不需要更换电池、锂硫酸氯电池、脉冲频率调节转换器、新奈米能耗长周期定时器可以在休眠周期内，保持低功耗，使无线建筑自动化系统超过有线系统。

Richard Zarr专业从事高速信号和数据路径技术的德州仪器技术人员，具有30多年的工程实践经验，并在世界各地发表了多篇论文和专文。IEEE会员，南佛罗里达大学学士学位，有很多LED照明与密码学专利。