能量采集器件取代物联网传感器电池

　　发电元件

　　太阳能电池、压电元件和热电元件所产生的电能、输出电压和产生环境如图3所示。每种元件产生的电能根据其尺寸和产生环境的不同而变化。将其集成到设备中时，需要全面了解以下情况：

　　● 可以获得何种能源;

　　● 设备适合安装何种尺寸的元件;

　　● 在设备中电能的产生与消耗之间会存在怎样的平衡。

　　还需要选择一个与发电元件相匹配的电源IC。特别是发电元件输出的电压/电流/输出特性(AC或DC)将根据元件的不同而变化，因而有必要选择一个能提供最佳效果的电源IC。

　　无线电源需求

　　与发电元件相同，无线传感器网络终端的无线通信方式的选择，也必须与其传输目的相匹配。需考虑的主要方面包括通信距离、将要搭建的网络类型、数据传输量、应用及功耗。在与能量采集技术结合使用时，关注的重点是低功耗，因此可选用的无线技术有EnOcean、ZigBee和蓝牙低功耗(BLE)。

　　平衡产生与消耗

　　在使用能量采集技术时，需要考虑的一个重点是，努力达到电能产生与消耗的平衡。这是因为如果电能的产生小于消耗，设备将无法工作。尽管发电元件的发电特性在逐年提高，但还是很难为现有条件下的设备持续提供足够的电力。解决该问题的一个方法是将产生的电力收集到电容中，并间歇性地执行传感器操作，从而平衡电力的产生和消耗。

　　为此，设计人员需要准确了解发电元件的发电环境、所产生的电能及其所需时间，以及设备的功耗和耗电时间。

　　能量采集开发工具

　　为了平衡电能的产生与消耗，设计人员需要计算电能采集元件(电容器)的电能采集时间和可用的电负荷等因素，从而确定电容器的最佳尺寸。即使在可以准确估算出电能产生和消耗的情况下，该操作也需要反复试验。此外，当电能产生和消耗的估算不准时，必须计算出每种情况下的最优值，或与实际设备进行确认。Spansion公司开发出的网络工具Easy DesignSim可以让任何人轻松地计算和研究能量采集技术，只需简单的注册便可使用。

　　从头开始进行前面描述的开发和调查将具有相当的挑战性。能量采集入门套件(Energy Harvesting Starter Kit)可以简化和加速使用能量采集技术的无线传感器终端的开发。工作在2.4GHz频段的射频器件包含有对低功耗优化的原始协议。希望替代ZigBee和蓝牙等低功耗无线协议的设计人员只需将射频器件更换为相应的芯片或模块即可。该微控制器(MCU)是一个内置Spansion ARM Cortex-M3内核的FM3 MCU，因此用在ARM开发环境中时，可以实现各种定制化特性。

　　另一款入门套件利用能量采集技术驱动BLE信标，让嵌入式设计人员能够进行调研。太阳能电池或压电元件可以连接起来作为发电元件，该套件还可以使用交流输入、USB供电或天线连接的无线电源。

　　使用能量采集电源IC的实际设备的开发工作，在许多地区和应用领域都取得了进展。在某些情况下，能量采集技术催生了无电池的无线传感器终端。而在其他情况下，同时采用电池和能量采集技术，可以延长电池的寿命。这样，采用能量采集技术的无线传感器终端获得了加速发展。在未来的几年中，拥有该技术的无线传感器终端将随处可见。为能量采集而设计的电源管理IC以及低功耗MCU将不断推动物联网的发展。