照明對工業(yè)應用中的功耗提出了特殊要求，找到有效的方法來管理電源并使照明系統(tǒng)更有效是降低運營成本的一個越來越重要的因素。

使用智能照明可以顯著減少組織或位置的能源費用，但安裝和維護傳感器和無線網(wǎng)絡的成本可能超過節(jié)省的成本。然而，能量收集現(xiàn)在正成為幫助工業(yè)系統(tǒng)設計人員降低功耗的可行技術。隨著無線收發(fā)器和微控制器的功耗下降，它們現(xiàn)在可以利用來自環(huán)境的能量來獲得低而恒定的功率。

使用太陽能或熱能可用于為傳感器和無線網(wǎng)絡供電，協(xié)調(diào)和控制廣泛區(qū)域的照明，而無需改造數(shù)英里的布線。這些系統(tǒng)確實使用電池，但增加能量收集的小額增量成本為運營管理帶來了巨大的好處，允許將傳感器節(jié)點放置在難以接近的區(qū)域中的照明旁邊，并且無需更換電池。在工業(yè)環(huán)境中有數(shù)百甚至數(shù)千個燈，除了起重機之外很多都無法進入，這是一個關鍵的節(jié)省。

雖然使用能量收集產(chǎn)生的毫瓦來為LED燈供電是不可行的，但環(huán)境中的這種“免費”功率可用于驅(qū)動傳感器，這些傳感器可以在不需要時減少甚至關閉照明。該技術還可以為無線鏈路供電，該無線鏈路可以優(yōu)化制造車間或工業(yè)環(huán)境中的照明，確保最有效地利用能源并降低成本。

只有當有人在附近時，通過使用接近或移動傳感器或來自中央服務器的通知，才能啟用照明，可以顯著降低功率需求，從而降低總體運營成本。

能量收集有助于實現(xiàn)這一功能，無需安裝布線即可添加到工業(yè)照明系統(tǒng)中，因為節(jié)點可以直接放置在任何需要的地方。由于照明遍布整個區(qū)域，因此可以節(jié)省數(shù)英里布線的材料和安裝，并為改造控制系統(tǒng)提供快速簡便的技術。

這也可以與所謂的“日光采集”環(huán)境設計相結(jié)合。這充分利用了可用的日光，減少了人工照明，提供了一致的環(huán)境。這需要對照明系統(tǒng)進行嚴密控制，通常鏈接回使用設施布局的服務器上的軟件。能量收集技術可以提供一種簡單的方法來將無線鏈路改裝到照明系統(tǒng)中以提供必要的控制。

雖然這看起來很復雜，但使用“日光采集”的平均節(jié)省率為24％，而且在一些工業(yè)案例研究中發(fā)現(xiàn)高達80％。這大大降低了能源成本。

奇怪的是，燈的能量本身可用于為傳感器和無線網(wǎng)絡供電。德州儀器（TI）的eZ430-RF2500-SEH是一款完整的太陽能收集開發(fā)套件，可幫助創(chuàng)建基于超低功耗MSP430微控制器的永久供電無線傳感器網(wǎng)絡（圖1）。

太陽能收集模塊包括一個高效率的2.25 x 2.25英寸太陽能電池板，優(yōu)化用于在室內(nèi)低強度熒光燈下工作，提供足夠的電力來運行無線傳感器應用而無需額外的電池。輸入也可用于外部能量采集器，例如熱能，壓電或其他太陽能電池板。

圖1：德州儀器的能量收集開發(fā)套件。

該系統(tǒng)還在一對薄膜可充電EnerChip中管理和存儲額外的能量，能夠為超過四百次傳輸提供足夠的電力。它們充當能量緩沖器，在應用程序處于睡眠狀態(tài)時存儲能量，并且具有可用于收獲的光。電池是環(huán)保的，可以充電數(shù)千次。它們的自放電率也很低，這對能量收集系統(tǒng)至關重要。

eZ430-RF2500用于運行能量收集應用。它是一個完整的基于USB的MSP430無線開發(fā)工具，提供使用微控制器和2.4 GHz無線收發(fā)器所需的所有硬件和軟件。它包括一個USB調(diào)試接口，允許對MSP430進行實時的系統(tǒng)內(nèi)調(diào)試和編程，并提供從無線系統(tǒng)向PC傳輸數(shù)據(jù)的接口。

集成溫度和RF信號強度指示器可用于監(jiān)控環(huán)境，外部傳感器可用于收集額外數(shù)據(jù)以支持工業(yè)照明系統(tǒng)。

該模塊背后的核心技術是將環(huán)境光轉(zhuǎn)換為電能的光伏或太陽能電池。必須轉(zhuǎn)換，管理和存儲來自太陽能電池的能量。這是由太陽能收集模塊上的小型DIP安裝板EnerChip處理的。升壓轉(zhuǎn)換器用于將太陽能電池的電壓增加到足以為薄膜電池充電并運行系統(tǒng)其余部分的電壓。

充電控制模塊持續(xù)監(jiān)控升壓轉(zhuǎn)換器的輸出，如果低于為EnerChip充電所需的電壓，充電控制器會斷開轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接，以防止在低光照條件下為其供電。電源管理模塊可防止EnerChip在低光照條件下或異常高電流負載下放電過深。它還可確保負載通過平滑的上電轉(zhuǎn)換進行上電，從而在低光照條件下保持性能。

Microchip的XLP 16位能量收集開發(fā)套件還將太陽能用于無線節(jié)點，以控制工業(yè)照明系統(tǒng)。它采用Microchip的16位PIC單片機，其休眠電流低于20 nA，欠壓復位低至50 nA。該系統(tǒng)能夠從使用內(nèi)部光的太陽能電池可用的少量電力有效地運行以產(chǎn)生電力。

開發(fā)板具有板載溫度傳感器，數(shù)據(jù)EEPROM，電位器，鐘表晶體，LED和用于外部模塊的擴展連接器，支持RF收發(fā)器和SD/MMC卡。

圖2：Microchip的XLP 16位能量收集開發(fā)套件。

Cymbet的太陽能收集器為各種控制器提供動力。收割機采用高效太陽能電池板，適用于室內(nèi)工業(yè)照明和捕獲，并在兩個Cymbet EnerChip薄膜可充電儲能設備中管理和儲存能量。

Microchip和Cymbet合作開發(fā)了用于16位微控制器的Energy Conscious軟件算法。可以通過USB連接將監(jiān)控的信息報告給PC用戶界面。這允許系統(tǒng)設計者在“日光采集”場景中平衡能量收集和能量使用，以盡可能地降低功耗。

Silicon Labs還有一個太陽能收集板，它使用壽命超過15年或7000 mAh的薄膜電池。這使得無線節(jié)點具有非常薄的外形，電池高度為0.17 mm，以適應照明外殼。

該板由無線傳感器節(jié)點和EZRadioPRO USB Dongle組成，使用Silicon Labs Si4431無線電，工作頻率為919.84 MHz，由太陽能收集電源供電。能量收集電源的泄漏電流為3μA，在太陽能電池照射下可消除50 lux，使能量收集電源在黑暗環(huán)境中為系統(tǒng)供電約7天，仍可供控制如果有光源，可以室內(nèi)照明（200 lx）或室外照明（10，000 lx）進行切換或無限期。

另一種方法是利用熱能。 EnOcean的EDK312評估套件使系統(tǒng)設計人員能夠使用Peltier效應器件從溫差中獲取功率（圖3）。由于工業(yè)環(huán)境通常產(chǎn)生大量熱量，Peltier設備可用于為每個溫差產(chǎn)生10 mV的電壓差。然后，這可以用于為工作在868 MHz的STM 312 RF模塊以及照明傳感器供電。

圖3：EnOcean EDK312熱能評估套件。

該套件具有預定義的功能集，可用于能源管理，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理和無線數(shù)據(jù)傳輸?？梢曰贒olphin應用程序編程接口實現(xiàn)用戶特定應用程序。

Advanced Linear Devices提供微功率升壓低壓增壓器模塊，可將各種能量收集設備與電池連接，因此可與傳感器和無線鏈路配合使用。

EH4295是EH4200系列微功率升壓低壓增壓器的一部分，是一款自供電升壓模塊，可將低直流電壓輸入轉(zhuǎn)換為更高的交流或直流電壓輸出，適用于許多低功率能量收集應用使用光電二極管，熱電或電磁發(fā)電機作為輸入源（圖4）。 EH4295不需要單獨的電源即可工作，它直接從低輸入電壓能量收集源獲得電源，從低至2μW開始，這使得板載自啟動振蕩器成為可能。

圖4：Advanced Linear Devices的EH4295升壓低壓增壓器。

EH4295具有950Ω的標稱輸入阻抗，適用于許多不同的能源發(fā)電源，也適用于涓流充電應用，如電池充電器或超級充電器，包括能量輸入不是控制良好或受到監(jiān)管。

EH4295自啟動振蕩器以約400 Hz的固有頻率振蕩，這取決于源阻抗，源電壓，輸出負載和EH4295板上的諧振元件。

EH4295的核心是為此應用設計和開發(fā)的MOSFET陣列。耦合到專用MOSFET陣列的板載變壓器構(gòu)成了自啟動振蕩電路的核心。振蕩器波形耦合到模塊內(nèi)部的變壓器，該變壓器提供AC輸出信號，其幅度受輸出負載的限制。典型的輸出負載是全波整流器，可以處理20 V以上的AC輸入和輸入功率，受EH4295輸出的限制。

當與EH4295耦合時，能量發(fā)生器源內(nèi)部阻抗和EH4295輸入阻抗形成一個網(wǎng)絡，在這個網(wǎng)絡中，能量發(fā)生器源開始向EH4295供電。一旦達到內(nèi)部振蕩閾值功率水平，振蕩開始，并開始能量傳遞。通常，EH4295的功率水平小于10μW，并且在不同型號和單位之間會有所不同。因此，EH4295非常適用于最低工作功率范圍非常低的高效率，低功耗應用，以及使用其他方式無法捕獲和存儲在電池組或電容器存儲庫中的其他方式。

隨著輸入能量在能量發(fā)生器源處積聚，傳輸?shù)墓β柿恳蚕鄳匕l(fā)生變化。 EH4295的最大額定功率限制了其功率處理能力，但允許外部輔助DC-DC轉(zhuǎn)換器在更高的功率點接管。板載振蕩器產(chǎn)生的交流輸出使EH4295能夠支持其他開關電路在更高的電壓和功率水平下進行轉(zhuǎn)換。

對于許多能量收集應用，EH4295與EH300系列能量收集模塊相結(jié)合，在與低壓，低能量發(fā)電源一起使用時提供簡單而有效的解決方案，該發(fā)電源僅提供零星的間歇輸入功率。組合的EH4295和EH300系列模塊可以從零輸出功率上升到可用水平，用于操作許多遠程傳感器網(wǎng)絡和需要1.8 V至6.8 V范圍內(nèi)直流電源電壓的電路。升壓的AC或DC輸出電壓電平也可用于產(chǎn)生參考DC輸出，以驅(qū)動或啟動其他電子電路，例如需要超過1.0 V的DC電源電壓才能工作的外部升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。

在工業(yè)照明系統(tǒng)中使用能量收集技術可以帶來顯著的好處。太陽能可以驅(qū)動無線節(jié)點和傳感器，為“日光采集”提供基礎設施，協(xié)調(diào)和切換照明系統(tǒng)，以支持和提升自然采光。熱能還可用于為不需要時可關閉照明的傳感器節(jié)點供電，同樣降低功耗。這些技術可以降低運行工業(yè)照明系統(tǒng)的成本以及實現(xiàn)和改進這種控制系統(tǒng)的顯著成本。