为您的物联网平台收集能量

　　物联网结合了输入数据、处理资源和执行器，以支持新的应用程序。因此，提供相关的输入数据是一项核心要求。对于开发人员来说，能量收集无线传感器特别感兴趣，因为它们提供灵活的无线电通信，同时无需维护。此类传感器的兴趣急剧增加，因为它们是一种可靠且易于安装的技术，可提供整个物联网模型所依赖的基本输入数据。

　　创建一个传感器节点，在可以从环境中获取的最小能量内完成基本数据捕获、处理和传输是一项挑战。能量收集无线传感器有三个关键任务：产生（收集）所需的能量，传感和处理环境参数（例如温度、湿度、位置），以及无线传输收集到的信息。这三个任务需要一起优化，以提供可行的解决方案。

　　长期以来，不同形式的动能（横向运动、旋转或振动）一直被用于使用电磁或压电收集器产生电能。对于大多数应用来说，电磁能量收集器是更好的选择，因为它可以在更长的生命周期内提供更稳定的能量输出，而不会产生老化效应。这些采集器通常通过改变通过线圈的磁通量来工作，或者通过相对于线圈移动磁体或通过改变磁通量极性。后一种方法用于 EnOcean 的 ECO 200 收割机，它可以根据弹簧的横向移动快速切换磁极。这种类型的动能收集是机械开关和类似应用的首选技术。

　　许多传感器应用由小型太阳能电池供电。它们非常适合照明充足的应用（室内或室外），并且通常用于温度、湿度、照明或 CO 2传感器等传感器应用。根据应用程序设置的可用空间，可以通过调整太阳能电池的尺寸来调整能量输送。

　　温差可以基于珀耳帖元件产生能量。这些元件的标准应用是在施加电能时冷却一个区域（例如冷却箱）。根据温差产生能量的反向效应用于热收集。珀耳帖元件的输出电压取决于温差，通常非常小（例如，35.6°F 温差为 20 mV）。因此需要专门的电子设备来使用这种能量。

　　与传感器相关的有效载荷通常很小（几个字节）。因此，优化的协议必须尽可能地限制传输开销（帧控制、前导、同步、错误检查），同时保持高度可靠的通信。

　　标准 IP 协议（​​UDP over IPv6）需要超过 50 个字节的开销。因此，在能量收集传感器应用中通常无法进行原生 IPv6 通信。相比之下，功率优化的 ISO/IEC 14543-3-1X 协议总共只需要 12 个字节来传输 1 个字节的传感器数据。将此类协议与智能传输策略（例如仅传输重大更改）结合使用，甚至可以使用冗余子报文来提高传输可靠性。

　　能量收集无线传感器必须在超过 99.99% 的时间内处于超低功耗睡眠状态。因此，将这种状态下的功耗降至最低至关重要。例如，300 nA 的总预算需要涵盖睡眠模式下的处理器消耗（具有基于定时器的周期性唤醒的能力）以及由于能量存储泄漏造成的损失。即使使用最新的处理器也很难达到如此低的功耗水平，并且是最大的设计挑战。需要定制混合信号设计以及优化的系统架构来应对这些挑战。

　　如今，物联网的输入数据通常由本地连接到控制器和执行器的有线传感器提供。在这里，所有网络组件都非常接近并直接相互连接。这种方法非常适合具有有限灵活性需求且不需要数据重用的本地应用程序。在许多情况下，物联网网络不需要如此接近，因为它允许集中或基于云的数据处理。因此，相同的数据可以用于多个应用程序，从而降低基础设施成本并允许动态网络结构。

　　这些特性需要第二个云，由可以灵活部署和扩展的传感器和执行器节点组成。使用最少能量的节点，它们从周围环境中获取，提供“安装即忘”的解决方案，安装在人迹罕至的位置，并依靠最少的维护或关注来执行任务。

　　审核编辑：郭婷