研究人員最近開(kāi)發(fā)了一種從振動(dòng)中獲取能量的裝置（更多內(nèi)容見(jiàn)下文）。圖片由東北大學(xué)提供*

由于不同環(huán)境中存在或不存在環(huán)境能源，能量收集通常需要一個(gè)特定的應(yīng)用解決方案。因此，本文深入探討了四種可用于在各種情況下收集能量的新技術(shù)，以使設(shè)計(jì)者了解該技術(shù)的最新?tīng)顩r，并對(duì)這些技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用和架構(gòu)提供了一瞥。

振動(dòng)能量收集

首先是東北大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新進(jìn)展，他們使用壓電材料成功制造了振動(dòng)能量收集解決方案。壓電材料具有將機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電能的獨(dú)特能力，使采集器能夠利用環(huán)境振動(dòng)為傳感器供電。

壓電振動(dòng)能量收集器可用于長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量，用于不頻繁的傳輸，使連接的傳感器完全不需要電池。圖片由東北大學(xué)提供

新型壓電振動(dòng)能量采集器 (PVEH) 的耐用性和低重量使其非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，模擬和測(cè)試顯示在 100,000 次彎曲后仍能保持性能。初步結(jié)果表明，在通過(guò)輸出電容器收集能量后，PVEH 可以為超過(guò) 15 個(gè) LED 供電，展示了其利用環(huán)境能量為傳感器供電的能力。

無(wú)電池動(dòng)物傳感器

同樣，另一組研究人員開(kāi)發(fā)了一種針對(duì)野生動(dòng)物追蹤的機(jī)械能量采集器。然而，名為 Kinefox 的野生動(dòng)物能量采集器并不使用振動(dòng)能量，而是使用微型發(fā)電機(jī)與控制和傳感電子設(shè)備相結(jié)合來(lái)監(jiān)測(cè)野生動(dòng)物，無(wú)需電池或太陽(yáng)能電池板。

Kinefox 使用微型發(fā)電機(jī)和支持電子設(shè)備，僅利用動(dòng)物產(chǎn)生的能量定期傳輸動(dòng)物的位置。圖片由PLoS ONE提供

Kinefox 在五只動(dòng)物（三只家養(yǎng)狗、一只智齒犬和一匹?？怂鼓?tīng)栃●R）上進(jìn)行了測(cè)試，以了解其能力?？偟膩?lái)說(shuō)，產(chǎn)生的能量在很大程度上取決于特定的動(dòng)物及其活動(dòng)。然而，即使觀察到的能量最少，這些動(dòng)物在三天內(nèi)僅使用 Kinefox 為兩次 GPS 傳輸提供動(dòng)力，其中一只狗在一天內(nèi)產(chǎn)生了超過(guò) 10 焦耳的能量。因此，雖然它可能不是所有傳感器的最佳解決方案，但微型發(fā)電機(jī)似乎為設(shè)計(jì)人員和科學(xué)家提供了一種新工具，可用于不頻繁數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L(zhǎng)期研究。

BLE 能量收集

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，e-peas 與 InPlay 合作開(kāi)發(fā)了能量收集 BLE 傳感器信標(biāo)平臺(tái)，將能量收集和傳感/通信結(jié)合起來(lái)，打造物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)。該解決方案利用兩個(gè)主要組件：與光伏 (PV) 電池和儲(chǔ)能元件兼容的 e-peas 電源管理 IC 以及 InPlay BLE 信標(biāo)。

AEM10330 電源管理 IC 僅需要四個(gè)外部組件，為能量收集傳感器的光伏集成創(chuàng)建了一個(gè)小型解決方案。圖片由e-peas提供

該解決方案旨在為設(shè)計(jì)人員提供無(wú)電池傳感器，以簡(jiǎn)化密集的物聯(lián)網(wǎng)部署，同時(shí)保持功能性。與許多物聯(lián)網(wǎng)傳感器一樣，尺寸是一個(gè)關(guān)鍵因素，這得益于AEM10330 電源管理 IC的小占用空間。此外， IN100 NanoBeacon的超低功耗確保 BLE 通信不會(huì)對(duì)光伏電池產(chǎn)生太大的功率要求。

室內(nèi)太陽(yáng)能解決方案

Dracula Technologies 最近報(bào)告稱(chēng)，與傳統(tǒng)光伏電池相比，其光伏電池在室內(nèi)光照條件下的性能提高了 25% 。由于室內(nèi)光線(xiàn)通常比室外弱得多，因此物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)太陽(yáng)能收集可能相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性。然而，借助 Dracula Technologies 的 LAYER 技術(shù)，室內(nèi)太陽(yáng)能可能會(huì)達(dá)到新的效率。

LAYER 模塊使工程師能夠更好地利用室內(nèi)照明為電子設(shè)備供電，而無(wú)需專(zhuān)門(mén)的研發(fā)成本。圖片由Dracula Technologies提供

Dracula Technologies 報(bào)告稱(chēng)，其LAYER 技術(shù)在 5-1,000 勒克斯的光線(xiàn)下效果最佳，就像緊急出口燈一樣昏暗。最新研究結(jié)果顯示，LAYER模塊可在1000勒克斯下提供750μW的功率，為低功耗物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供新能源。此外，隨著未來(lái)可能對(duì)不可充電電池的使用進(jìn)行監(jiān)管，新的室內(nèi)能源可能有助于保持物聯(lián)網(wǎng)傳感器的小型化。

利用環(huán)境能源

雖然可能沒(méi)有一種適合每種應(yīng)用的最佳能源，但大量的新能源表明了新的低功耗應(yīng)用的環(huán)境能量收集趨勢(shì)。隨著傳感器變得更小、功耗更低，下一代設(shè)備可能不再需要專(zhuān)用電源。

隨著技術(shù)與傳感器和通信一起發(fā)展，了解能量收集如何與通信效率取得平衡將會(huì)很有趣。通過(guò)無(wú)線(xiàn)能量收集，Wi-Fi 波束成形僅將能量發(fā)送到所需設(shè)備，從而減少環(huán)境射頻能量。因此，射頻能量采集器可能必須采用專(zhuān)用的射頻無(wú)線(xiàn)充電器。無(wú)論如何，這里看到的工具可能會(huì)讓設(shè)計(jì)人員受益，他們現(xiàn)在在探索如何為下一代聯(lián)網(wǎng)傳感器提供動(dòng)力時(shí)擁有更多選擇。

本文由EETOP編譯自allaboutcircuits