Мониторинг взвешенных частиц1) (PM2.5) является ключевым показателем общественного здравоохранения. Датчики, устанавливаемые на автомобилях и беспилотных летательных аппаратах, могут расширить зону охвата, но многие существующие системы слишком дороги для широкого внедрения. В этой статье представлен прототип входного интерфейса для измерения PM2.5 и выработки энергии для недорогого безбатарейного узла, устанавливаемого на транспортном средстве.
На проект схемы были установлены два ограничения:
- Минимизация энергопотребления для обеспечения работы без использования батарей.
- Сбор и регулирование энергии от источника с переменной выходной мощностью.
Помимо использования малопотребляющего датчика и микроконтроллера, встроенное ПО активно управляет режимами работы, полностью отключая датчик PM2.5 между измерениями и переводя микроконтроллер (МК) в режим глубокого сна. Размещение MOSFET выключателя питания датчика в верхнем плече предотвращает риск возникновения помех по земле, характерных для коммутации земляной шины.
Недорогие ветряные микротурбины могут собирать энергию от движения транспортных средств, но при обычных скоростях движения доступная мощность ограничена, и выходная мощность меняется в зависимости от воздушного потока. Суперконденсатор обеспечивает буферизацию энергии, а понижающий DC/DC преобразователь ограничивает и стабилизирует напряжение на шине для надежной работы датчика и микроконтроллера.
Схемы были собраны и протестированы; результаты выявили имеющиеся ограничения и определили дальнейшие шаги по улучшению конструкции.