無線傳感器擁有一個新興和規模巨大的潛在市場。在人們難以接近的地方、或者那些需要使用大量傳感器 （由于傳感器數目過于龐大而難以輕松實現至數據網絡的硬連接） 的應用中，無線傳感器均憑借其與眾不同的特性而成為合適之選。在大多數場合中，利用主要電池來運行對于此類系統而言是不現實的。例如：肉類裝運過程中負責監視其溫度的傳感器將必需采用一種防損害的方式來進行安裝。又如：安裝于每種已調節空氣源上的 HVAC 傳感器將由于過于分散而可能使用電池。在這些應用中，能量收集技術能夠在不采用主要電池的情況下解決供電問題。

單靠能量收集常常無法產生連續運行傳感器-發送器所需的足夠功率——能量收集可產生約 1mW~10mW 的功率，而有源傳感器-發送器組合的功率需求則有可能達到 100mW~250mW。在可能的情況下必須將收集的能量存儲起來以隨時供傳感器/發送器使用，而傳感器/發送器的工作占空比一定不得超過系統的能量存儲能力。同樣，傳感器/發送器有可能需要在未收集到能量的時候運作。

最后，倘若存儲的能量耗盡而系統即將停機，則系統或許必需首先執行內務處理工作。這可能包括一條停機消息、或者將信息存儲于非易失性存儲器中。因此，應當連續不斷地測量可用的能量，這一點很重要。

完整的能量收集系統

圖 1 示出了一款完整的系統實現方案，此方案采用了一個 LTC3588-1 能量收集器和降壓型穩壓器 IC、兩個 LTC4071 并聯電池充電器、兩個GM BATTERY GMB301009 8mAh電池以及一個仿真傳感器-發送器 （被模擬為一個具 1% 占空比的 12.4mA 負載）。 LTC3588-1 包含一個具非常低泄漏的橋式整流器，其輸入位于 PZ1 和 PZ2，而輸出則位于 VIN 和 GND。VIN 同時還是具有非常低靜態電流的降壓型穩壓器的輸入電源。降壓型穩壓器的輸出電壓由 D1 和 D0 設定為 3.3V。

圖 1：基于壓電元件的完整能量收集系統不受電網的限制。該設計采用薄膜電池來積聚壓電元件所收集的能量，并提供給一個以 1%占空比運作的無線傳感器發送器。

LTC3588 由一個 Advanced Cerametrics Incorporated PFCB-W14 壓電式傳感器來驅動，它能夠產生 12mW 的最大功率。在我們的實現方案中，PFCB-W14 提供了大約 2mW 的功率。

LTC4071 是一款具可編程浮置電壓和溫度補償功能的并聯電池充電器。浮置電壓設定為 4.1V，其容差為 ±1%，因而產生了一個 4.14V 的最大值 —— 安全地低于電池容許的最大浮置電壓。另外，LTC4071 還能通過 NTC 信號檢測電池的溫度，并在電池溫度很高的情況下降低浮置電壓以最大限度地延長電池的工作壽命。

LTC4071 能夠在內部提供 50mA 的并聯電流。然而，當電池低于浮置電壓時，LTC4071 將僅從電池吸收約 600nA 的電流。GM BATTERY GMB301009電池具有 8mAh 的容量和 10Ω 左右的內部串聯電阻。仿真傳感器-發送器的建模采用了 Microchip PIC18LF14K22 和 MRF24J40MA 2.4GHz IEEE 802.15.4 射頻收發器模塊。該射頻芯片在發送和接收模式中的吸收電流分別為 23mA 和 18mA。此模型將之表示為一個 12.4mA、0.98% 占空比 （2ms/204ms） 負載，并利用一個自計時數字定時器和一個負責 267Ω 電阻器開關切換的 MOSFET 來設定。

操作模式

該系統具有兩種操作模式：充電-發送和放電-發送。在充電-發送模式中，電池被充電而傳感器-發送器提供一個 0.5% 占空比負載。在放電時，傳感器-發送器處于運作狀態，但此時并沒有從 PFCB-W14 收集能量。

充電-發送 （Charging-Sending）

當處于運行狀態時，PFCB-W14 輸送的平均功率約為 9.2V × 180μA ≈ 1.7mW。可用的電流必須對電池進行充電并負責運作用于驅動仿真傳感器-發送器的降壓型穩壓器。運行中的傳感器-發送器在大約 1% 的時間里吸取 12.4mA × 3.3V ≈ 41mW 的功率 （即 0.41mW 左右的平均功率），因而留出了一些電流用于給電池充電。考慮到 LTC3588 降壓型穩壓器的效率為 85%，當平均 VIN 為 9.2V （見圖 2）、降壓型穩壓器靜態電流為 8μA 時，在未對電池充電情況下系統所消耗的平均電流為：