物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合了輸入數(shù)據(jù)、處理資源和執(zhí)行器，以支持新的應(yīng)用程序。因此，提供相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)是一項(xiàng)核心要求。對(duì)于開發(fā)人員來說，能量收集無線傳感器特別感興趣，因?yàn)樗鼈兲峁╈`活的無線電通信，同時(shí)無需維護(hù)。此類傳感器的興趣急劇增加，因?yàn)樗鼈兪且环N可靠且易于安裝的技術(shù)，可提供整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)模型所依賴的基本輸入數(shù)據(jù)。

　　創(chuàng)建一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，在可以從環(huán)境中獲取的最小能量內(nèi)完成基本數(shù)據(jù)捕獲、處理和傳輸是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。能量收集無線傳感器有三個(gè)關(guān)鍵任務(wù)：產(chǎn)生（收集）所需的能量，傳感和處理環(huán)境參數(shù)（例如溫度、濕度、位置），以及無線傳輸收集到的信息。這三個(gè)任務(wù)需要一起優(yōu)化，以提供可行的解決方案。

　　長期以來，不同形式的動(dòng)能（橫向運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)）一直被用于使用電磁或壓電收集器產(chǎn)生電能。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，電磁能量收集器是更好的選擇，因?yàn)樗梢栽诟L的生命周期內(nèi)提供更穩(wěn)定的能量輸出，而不會(huì)產(chǎn)生老化效應(yīng)。這些采集器通常通過改變通過線圈的磁通量來工作，或者通過相對(duì)于線圈移動(dòng)磁體或通過改變磁通量極性。后一種方法用于 EnOcean 的 ECO 200 收割機(jī)，它可以根據(jù)彈簧的橫向移動(dòng)快速切換磁極。這種類型的動(dòng)能收集是機(jī)械開關(guān)和類似應(yīng)用的首選技術(shù)。

　　許多傳感器應(yīng)用由小型太陽能電池供電。它們非常適合照明充足的應(yīng)用（室內(nèi)或室外），并且通常用于溫度、濕度、照明或 CO 2傳感器等傳感器應(yīng)用。根據(jù)應(yīng)用程序設(shè)置的可用空間，可以通過調(diào)整太陽能電池的尺寸來調(diào)整能量輸送。

　　溫差可以基于珀耳帖元件產(chǎn)生能量。這些元件的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用是在施加電能時(shí)冷卻一個(gè)區(qū)域（例如冷卻箱）。根據(jù)溫差產(chǎn)生能量的反向效應(yīng)用于熱收集。珀耳帖元件的輸出電壓取決于溫差，通常非常?。ɡ纾?5.6°F 溫差為 20 mV）。因此需要專門的電子設(shè)備來使用這種能量。

　　與傳感器相關(guān)的有效載荷通常很小（幾個(gè)字節(jié)）。因此，優(yōu)化的協(xié)議必須盡可能地限制傳輸開銷（幀控制、前導(dǎo)、同步、錯(cuò)誤檢查），同時(shí)保持高度可靠的通信。

　　標(biāo)準(zhǔn) IP 協(xié)議（??UDP over IPv6）需要超過 50 個(gè)字節(jié)的開銷。因此，在能量收集傳感器應(yīng)用中通常無法進(jìn)行原生 IPv6 通信。相比之下，功率優(yōu)化的 ISO/IEC 14543-3-1X 協(xié)議總共只需要 12 個(gè)字節(jié)來傳輸 1 個(gè)字節(jié)的傳感器數(shù)據(jù)。將此類協(xié)議與智能傳輸策略（例如僅傳輸重大更改）結(jié)合使用，甚至可以使用冗余子報(bào)文來提高傳輸可靠性。

　　能量收集無線傳感器必須在超過 99.99% 的時(shí)間內(nèi)處于超低功耗睡眠狀態(tài)。因此，將這種狀態(tài)下的功耗降至最低至關(guān)重要。例如，300 nA 的總預(yù)算需要涵蓋睡眠模式下的處理器消耗（具有基于定時(shí)器的周期性喚醒的能力）以及由于能量存儲(chǔ)泄漏造成的損失。即使使用最新的處理器也很難達(dá)到如此低的功耗水平，并且是最大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。需要定制混合信號(hào)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化的系統(tǒng)架構(gòu)來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

　　如今，物聯(lián)網(wǎng)的輸入數(shù)據(jù)通常由本地連接到控制器和執(zhí)行器的有線傳感器提供。在這里，所有網(wǎng)絡(luò)組件都非常接近并直接相互連接。這種方法非常適合具有有限靈活性需求且不需要數(shù)據(jù)重用的本地應(yīng)用程序。在許多情況下，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不需要如此接近，因?yàn)樗试S集中或基于云的數(shù)據(jù)處理。因此，相同的數(shù)據(jù)可以用于多個(gè)應(yīng)用程序，從而降低基礎(chǔ)設(shè)施成本并允許動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　這些特性需要第二個(gè)云，由可以靈活部署和擴(kuò)展的傳感器和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)組成。使用最少能量的節(jié)點(diǎn)，它們從周圍環(huán)境中獲取，提供“安裝即忘”的解決方案，安裝在人跡罕至的位置，并依靠最少的維護(hù)或關(guān)注來執(zhí)行任務(wù)。

　　審核編輯：郭婷