物聯網結合了輸入數據、處理資源和執行器，以支持新的應用程序。因此，提供相關的輸入數據是一項核心要求。對于開發人員來說，能量收集無線傳感器特別感興趣，因為它們提供靈活的無線電通信，同時無需維護。此類傳感器的興趣急劇增加，因為它們是一種可靠且易于安裝的技術，可提供整個物聯網模型所依賴的基本輸入數據。

　　創建一個傳感器節點，在可以從環境中獲取的最小能量內完成基本數據捕獲、處理和傳輸是一項挑戰。能量收集無線傳感器有三個關鍵任務：產生（收集）所需的能量，傳感和處理環境參數（例如溫度、濕度、位置），以及無線傳輸收集到的信息。這三個任務需要一起優化，以提供可行的解決方案。

　　長期以來，不同形式的動能（橫向運動、旋轉或振動）一直被用于使用電磁或壓電收集器產生電能。對于大多數應用來說，電磁能量收集器是更好的選擇，因為它可以在更長的生命周期內提供更穩定的能量輸出，而不會產生老化效應。這些采集器通常通過改變通過線圈的磁通量來工作，或者通過相對于線圈移動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，它可以根據彈簧的橫向移動快速切換磁極。這種類型的動能收集是機械開關和類似應用的首選技術。

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

　　溫差可以基于珀耳帖元件產生能量。這些元件的標準應用是在施加電能時冷卻一個區域（例如冷卻箱）。根據溫差產生能量的反向效應用于熱收集。珀耳帖元件的輸出電壓取決于溫差，通常非常小（例如，35.6°F 溫差為 20 mV）。因此需要專門的電子設備來使用這種能量。

　　與傳感器相關的有效載荷通常很小（幾個字節）。因此，優化的協議必須盡可能地限制傳輸開銷（幀控制、前導、同步、錯誤檢查），同時保持高度可靠的通信。

　　標準 IP 協議（??UDP over IPv6）需要超過 50 個字節的開銷。因此，在能量收集傳感器應用中通常無法進行原生 IPv6 通信。相比之下，功率優化的 ISO/IEC 14543-3-1X 協議總共只需要 12 個字節來傳輸 1 個字節的傳感器數據。將此類協議與智能傳輸策略（例如僅傳輸重大更改）結合使用，甚至可以使用冗余子報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% 的時間內處于超低功耗睡眠狀態。因此，將這種狀態下的功耗降至最低至關重要。例如，300 nA 的總預算需要涵蓋睡眠模式下的處理器消耗（具有基于定時器的周期性喚醒的能力）以及由于能量存儲泄漏造成的損失。即使使用最新的處理器也很難達到如此低的功耗水平，并且是最大的設計挑戰。需要定制混合信號設計以及優化的系統架構來應對這些挑戰。

　　如今，物聯網的輸入數據通常由本地連接到控制器和執行器的有線傳感器提供。在這里，所有網絡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據重用的本地應用程序。在許多情況下，物聯網網絡不需要如此接近，因為它允許集中或基于云的數據處理。因此，相同的數據可以用于多個應用程序，從而降低基礎設施成本并允許動態網絡結構。

　　這些特性需要第二個云，由可以靈活部署和擴展的傳感器和執行器節點組成。使用最少能量的節點，它們從周圍環境中獲取，提供“安裝即忘”的解決方案，安裝在人跡罕至的位置，并依靠最少的維護或關注來執行任務。

　　審核編輯：郭婷