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

圖1a。步進電機正在發(fā)現(xiàn)越來越多的物聯(lián)網(wǎng)應用，例如這種遠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，我們將重點介紹步進電動機，因為它們的分段轉子和電樞結構使它們能夠以小的，精確的離散步長旋轉，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)的任務中表現(xiàn)良好，例如定位安全攝像機和遠程傳感器或啟動通風口，閥門和窗蓋。

使用有限的電源

盡管某些機動化IoT設備采用線路供電，但現(xiàn)在需要越來越多的應用程序在偏遠地區(qū)運行，通常使用相對較小的低壓能源，例如單個鋰離子電池或AA或AAA電池。對于家庭和辦公室周圍的許多物聯(lián)網(wǎng)應用程序，這些應用程序應該融入環(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用，因為它們很少使用電動機，因此它們對電池有限容量的影響相對較小。但是，電池可能無法提供更高的驅動電壓和步進電機為其線圈通電所需的相對較大的電流脈沖。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，它們的輸出電壓會降低。

表1.小型電池特性

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

供應緩沖

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

超級電容器的尺寸可以使用以下公式計算：

C = dU * I / t

哪里：

dU =電池的最大內(nèi)部允許壓降，

I =補充電池輸出所需的電流，并且

t =所需的工作時間

目前，超級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，則需要保護電路。當需要更高的電壓時，可以串聯(lián)兩個或多個超級電容器，但是電路必須包括一個齊納二極管或其他用于平衡電壓的設備（圖2）。

圖2. 具有齊納二極管過壓保護（2.5V）的超級電容器平衡電路。

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用的超級電容器。

升壓轉換器

某些IC（包括許多流行的電機驅動器）難以在小型電池組提供的低電壓下運行，尤其是在使用壽命即將結束時。升壓轉換器是低成本的IC，可用于將電池電壓提升多達三到四倍，并在電池壽命即將結束時將系統(tǒng)的電源電壓維持在均勻水平。這些轉換器在高負載下非常高效（90％-95％），但在輕負載時效率會有所下降。它們可以用作獨立解決方案，也可以與超級電容器結合使用。
編輯：hfy