本文著眼于收集環境能源以為物聯網提供動力傳感器節點的不同方式。它著眼于從振動到熱能的不同技術，以及將能量提供給傳感器和無線節點以將數據鏈接回互聯網的方式，以及可幫助開發此類系統的評估套件，如EnOcean，Advanced Linear等公司設備，Cymbet和CUI。

Power是物聯網的重要商品。更低的功耗意味著更小的尺寸，因此傳感器節點和網關可以放置在更方便的位置，更小的電池成本更低，冷卻更少。

擁有數百萬個傳感器節點，更換電池的時間和成本是巨大的，任何功率降低都會帶來延長更換周期的好處。這是推出連接在一起創建物聯網的無線傳感器節點的關鍵限制之一。

能量收集技術可以通過補充可充電存儲設備甚至延長電池更換之間的時間將它們全部消除，只是用它們來平滑電子設備的供電。

幾個領域的發展推動了能源采集的進程。傳感器，微控制器和無線收發器的功耗在過去幾年中急劇下降，因為更高效的硅技術已經可用，更高效的無線協議，如具有更低占空比的超低功耗ZigBee已經得到更廣泛的應用。同時，某些能源采集技術（如太陽能電池）的效率大大提高，成本降低，使其可用于物聯網等大批量應用。能量收集越來越多地滲透到這些應用中的關鍵因素是使用新一代功率控制器，例如Advanced Linear Devices的EH4205升壓低壓增壓器模塊，它可以處理來自能源的低電流并且管理波動以為電子設備提供可靠的功率流。

圖1：Advanced Linear Devices的EH300評估套件使用新一代電源管理芯片來平滑電源能量收集來源的波動。

從環境中獲取能量有許多不同的方法，有些方法在某些環境中更合適，例如工業廠房而不是家庭。這導致了對能量收集技術，微控制器和無線鏈路以及能量轉換器的一系列權衡。能量收集的優勢在傳感器節點處最為明顯，因為它允許節點放置的靈活性并最小化維護操作。這些可單獨尋址的節點通常反饋到無線網關，該網關整合所需的數據，性能和本地操作，并將數據反饋到云中，以及為傳感器網絡提供安全性。然后，它將來自世界任何地方的傳感器的數據提供給中央管理系統，該系統本身可以從世界任何地方訪問。

無線傳感器節點的功率包絡是關鍵。在這個范圍內，微控制器必須從睡眠狀態喚醒，讀取傳感器，將其饋送到RF前端，然后再次關閉之前將數據傳輸到網絡。它還必須定期喚醒以檢查網絡中的消息和診斷檢查。這些元素都以不同的速率吸取功率，這些功率必須由電源管理系統處理，能量采集源的類型可以決定如何處理這些操作，特別是如果目的是消除所有電池并且僅使用暫時存儲電源的電容器。

太陽能電源當然是一個明顯的選擇，它可以在家庭和工廠環境中工作，即使在人造燈下也是如此。利用Cymbet的EnerChip能量收集評估套件，可以存儲和管理太陽能電池的電力，為傳感器節點提供所需的電流。這種源的管理是物聯網節點設計的關鍵要素，因為當傳感器讀取數據并且無線鏈路將數據中繼回網關時，功率要求達到峰值。這些脈沖放電電流對電池提出了特殊要求。重復輸送超過推薦的電池負載電流的脈沖電流會縮短其使用壽命，這會對傳感器節點的可靠性產生顯著影響。在發射和接收模式期間，無線傳感器系統中的脈沖電流幾十毫安是常見的，并且電池的內部阻抗經常導致內部電壓降，從而阻止電池實際提供所需的電力。

圖2：EnerChip評估套件中的電源管理必須處理能量收集源的各種電源問題。

使用太陽能電池為電池充電，即使是人造光，能夠提供峰值功率要求的是一種越來越流行的方法。處理較低電流的能力允許使用較小的太陽能電池來減小IoT傳感器節點的整體尺寸。這種組合允許套件為無線節點供電長達十年。

圖4：使用帶有EnerChip評估套件的太陽能電池為物聯網中的傳感器節點供電電氣和射頻功率是未能真正用于為物聯網傳感器網絡供電的關鍵機會之一。存在大量電氣和RF噪聲，特別是在工業環境中。為了捕獲這種能量，Enocean率先采集射頻能量，為其自身的低功耗無線鏈路和各種傳感器（如工業應用中的濕度監測器）供電。 RF捕獲使用調諧到主要RF頻率的線圈 - 通常為2.4 GHz的ZigBee和Wi-Fi，或900 MHz用于其他未經許可的頻段 - 對電池進行涓流充電。雖然這種技術更多地被用作無線充電，而光源和線圈緊密結合在一起，但像埃因霍溫霍爾斯特研究中心那樣的研究人員正在研究如何利用環境射頻能量為設備供電。

在家庭或工廠中可以為物聯網分配熱能。這利用溫度差來從Peltier效應器件（例如來自CUI的CP60）產生功率。雖然這些器件通常用于通過獲取電流來提供固態冷卻，但情況恰恰相反 - 使用溫差也會產生電流。這些較小的Peltier效應器件可以安裝在溫差區域 - 無論是在工廠車間的溫暖區域還是在家中的散熱器旁邊 - 并為傳感器和無線鏈路供電。

振動能量也可以分接在使用壓電設備的工業環境中，例如Mide Technology的V25W。通過增加小重量，可以調整到一臺設備的共振頻率，然后可以產生小而穩定的電源。使用電源管理和系統存儲，例如EH300，可以使用其他傳感器（如溫度或濕度）或甚至單獨的振動傳感器為節點供電。然后，這可以提供設備問題的早期警告，并允許先發制人的維護，以便在設備發生故障之前解決問題。

圖4：來自Mide Technology的V25W可以調諧到諧振用于物聯網的無線傳感器節點的設備頻率。

結論

物聯網為無線傳感器節點帶來了一系列獨特的挑戰，推動了各種能源的采用 - 收獲實施。沒有一種解決方案可以為這些節點供電，但是新一代靈活的電源管理設備正在實現從太陽能，熱能到振動甚至環境RF的各種來源。加上超低功耗微控制器和低占空比，采用先進硅技術的低功耗無線收發器現在可以在不需要更換任何電池十年的情況下為傳感器節點供電。在全球部署了數百萬甚至數十億的此類節點，這可以節省數十億美元的運營費用，并使物聯網更具成本效益。