具有傳感器功能的智能對(duì)象已經(jīng)作為物聯(lián)網(wǎng)的“耳朵”發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。但是，直到最近，幾乎沒有實(shí)用的解決方案可以為IoT應(yīng)用程序提供實(shí)用，負(fù)擔(dān)得起的“手臂”，它們可以在Internet上伸出援手并以物理方式對(duì)他們看到或感知的內(nèi)容做出反應(yīng)。但是，隨著具有成本效益的具有物聯(lián)網(wǎng)功能的電子驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)，這種情況正在改變，該驅(qū)動(dòng)器可以使用小型電池組為電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，螺線管和其他類型的執(zhí)行器提供動(dòng)力，從而將網(wǎng)絡(luò)世界的虛擬意圖轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)行動(dòng)。

圖1a。步進(jìn)電機(jī)正在發(fā)現(xiàn)越來越多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如這種遠(yuǎn)程激活的散熱器控制器。

圖1b。 帶有Microchip AVR IoT開發(fā)板的散熱器控制器。

在本文中，我們將重點(diǎn)介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼈兊姆侄无D(zhuǎn)子和電樞結(jié)構(gòu)使它們能夠以小的，精確的離散步長旋轉(zhuǎn)，并且在不加電的情況下仍能保持其位置。這使它們在面向物聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)中表現(xiàn)良好，例如定位安全攝像機(jī)和遠(yuǎn)程傳感器或啟動(dòng)通風(fēng)口，閥門和窗蓋。

使用有限的電源

盡管某些機(jī)動(dòng)化IoT設(shè)備采用線路供電，但現(xiàn)在需要越來越多的應(yīng)用程序在偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)行，通常使用相對(duì)較小的低壓能源，例如單個(gè)鋰離子電池或AA或AAA電池。對(duì)于家庭和辦公室周圍的許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序應(yīng)該融入環(huán)境中，這意味著它們沒有電源線。

從理論上講，電池電源將可用于許多此類應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兒苌偈褂秒妱?dòng)機(jī)，因此它們對(duì)電池有限容量的影響相對(duì)較小。但是，電池可能無法提供更高的驅(qū)動(dòng)電壓和步進(jìn)電機(jī)為其線圈通電所需的相對(duì)較大的電流脈沖。如表1所示，最常用的電池具有大量的內(nèi)部電阻，隨著輸出電流的增加，它們的輸出電壓會(huì)降低。

表1.小型電池特性

幸運(yùn)的是，存在一些克服這些限制的簡單策略，包括電源緩沖，升壓轉(zhuǎn)換器和定制繞線式步進(jìn)器。讓我們看一下每種策略的工作方式。

供應(yīng)緩沖

一種簡單的技術(shù)稱為“電源緩沖”，可通過添加超級(jí)電容器來補(bǔ)充小電池的有限輸出，該超級(jí)電容器可以提供短的高電流脈沖。

超級(jí)電容器的尺寸可以使用以下公式計(jì)算：

C = dU * I / t

哪里：

dU =電池的最大內(nèi)部允許壓降，

I =補(bǔ)充電池輸出所需的電流，并且

t =所需的工作時(shí)間

目前，超級(jí)電容器只能承受最大2.7V的工作電壓，并且如果電源電壓可以超過該值，則需要保護(hù)電路。當(dāng)需要更高的電壓時(shí)，可以串聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)超級(jí)電容器，但是電路必須包括一個(gè)齊納二極管或其他用于平衡電壓的設(shè)備（圖2）。

圖2. 具有齊納二極管過壓保護(hù)（2.5V）的超級(jí)電容器平衡電路。

現(xiàn)在，包括Maxwell，Skeleton和Vishay在內(nèi)的許多組件制造商已廣泛提供適用于這些類型應(yīng)用的超級(jí)電容器。

升壓轉(zhuǎn)換器

某些IC（包括許多流行的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）難以在小型電池組提供的低電壓下運(yùn)行，尤其是在使用壽命即將結(jié)束時(shí)。升壓轉(zhuǎn)換器是低成本的IC，可用于將電池電壓提升多達(dá)三到四倍，并在電池壽命即將結(jié)束時(shí)將系統(tǒng)的電源電壓維持在均勻水平。這些轉(zhuǎn)換器在高負(fù)載下非常高效（90％-95％），但在輕負(fù)載時(shí)效率會(huì)有所下降。它們可以用作獨(dú)立解決方案，也可以與超級(jí)電容器結(jié)合使用。
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