智慧城市急需的环境传感器网络系统设计方案

　　本文将从模拟与电源管理设计的角度介绍一种典型的环境传感器网络系统设计，它可以用来分析智慧城市或地区的室外空气质量。这类系统的部署可以帮助人们了解日常生产生活中所呼吸的空气质量。一种包含传感器的闭环反馈系统，将有助于用户和当地政府调整和改善当地的空气质量，从而提高当地人口的健康水平、降低医疗成本、延长寿命并改善生活质量。

　　全世界的空气质量都在下降。世界卫生组织（WHO）表示，2014年有370万人死于环境或室外空气污染，有430万人死于室内或家装污染。环境保护署（EPA）针对室内空气污染有很好的对策。本文将从模拟与电源管理设计的角度介绍一种典型的环境传感器网络系统设计，它可以用来分析智慧城市或地区的室外空气质量。

　　下面我们将从电化学传感器开始，因为它们具有超低功耗，而超低功耗是这种系统中采用的无线传感器节点的关键要素。

　　电化学传感器
 

　　某些最老的电化学传感器可以追溯到20世纪50年代，它们主要用于监测氧气。

　　图1：自2012年以来，电化学气体传感器的尺寸实现了数量级的改进。但是尺寸并不是唯一的改进，更低的功耗给系统提供了更长的电池寿命，甚至能量收集电源也有了显着进步。（图片由KWJ Engineering和SPEC传感器提供）

　　图2：SPEC传感器系统使用了可印制的纳米结构油墨催化材料和高性能的电子部件：硬件、固件和软件（智能算法使器件稳定性的增强达十亿级），精密模拟前端（AFE），带微处理器、用于数字信号处理的模数转换器，以及物联网接口。（图片由KWJ Engineering和SPEC传感器提供）

　　电化学传感器似乎是目前业界最低功耗的解决方案。这种传感器只有纳瓦到毫瓦的功耗，而且一氧化碳（CO）和硫化氢（H2S）传感器不需要偏置电压。

　　图3：电化学传感器的基本工作原理图， 同时提供了一种SPEC传感器的工作框图。