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在當今(jin)快速發展的(de)物聯網（IoT）時代，微型嵌入式傳感(gan)器節點的(de)應用越(yue)來越(yue)廣泛(fan)，從智(zhi)能家居(ju)到(dao)工業自動化，再到(dao)智(zhi)能城市和環(huan)境(jing)監測。然(ran)而，這些設備通常需要長期自主運行，并(bing)(bing)且更換電池既(ji)不(bu)方便也不(bu)總(zong)是(shi)可行。因此(ci)，能量采(cai)集技(ji)術(shu)和有效的(de)能量管理策略(lve)成為了(le)研究熱(re)點，旨在延長傳感(gan)器節點的(de)使用壽(shou)命(ming)并(bing)(bing)提高(gao)其(qi)自主性。

能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)收(shou)(shou)集嵌(qian)入式(shi)系統(tong)是一種能(neng)(neng)(neng)(neng)夠從環境中(zhong)手機能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)并利用(yong)(yong)其(qi)驅動的(de)嵌(qian)入式(shi)系統(tong)。而在我(wo)們生活中(zhong)，可以進(jin)行動能(neng)(neng)(neng)(neng)（風、波、重力(li)、振動等(deng)(deng)）、電(dian)(dian)磁能(neng)(neng)(neng)(neng)（光伏(fu)、電(dian)(dian)磁波 (antenna/rectanna) 等(deng)(deng)）、熱(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)（太陽熱(re)能(neng)(neng)(neng)(neng)、地熱(re)、溫度變化、燃燒等(deng)(deng)）、原子(zi)能(neng)(neng)(neng)(neng)（原子(zi)核能(neng)(neng)(neng)(neng)、放射性衰變等(deng)(deng)）或生物(wu)能(neng)(neng)(neng)(neng)（生物(wu)燃料、生物(wu)質(zhi)能(neng)(neng)(neng)(neng)等(deng)(deng)）。對于嵌(qian)入式(shi)中(zhong)，能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)收(shou)(shou)集技術正在迅速(su)成為嵌(qian)入式(shi)系統(tong)設(she)(she)計人員的(de)可行電(dian)(dian)源選擇，使無線傳感(gan)器(qi)(qi)能(neng)(neng)(neng)(neng)夠用(yong)(yong)于以前傳統(tong)電(dian)(dian)池供電(dian)(dian)設(she)(she)計無法實現的(de)應用(yong)(yong)。例如，能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)收(shou)(shou)集電(dian)(dian)源使系統(tong)設(she)(she)計人員能(neng)(neng)(neng)(neng)夠輕松構建(jian)范圍超(chao)(chao)過100米、使用(yong)(yong)壽命超(chao)(chao)過20年的(de)超(chao)(chao)薄無線傳感(gan)器(qi)(qi)。 而我(wo)們要解(jie)決的(de)問題在于提(ti)高能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)收(shou)(shou)集的(de)穩定(ding)性和(he)(he)更(geng)好地進(jin)行能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)管理，有(you)效(xiao)(xiao)并高效(xiao)(xiao)地分配(pei)能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)資源和(he)(he)調(diao)度能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)資源，我(wo)們需(xu)要根據能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)收(shou)(shou)集情況(kuang)和(he)(he)系統(tong)負載(zai)實時監測和(he)(he)進(jin)行能(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)(liang)分配(pei)。

一、引言

隨(sui)著無(wu)線(xian)傳感器網絡（WSN）5的(de)普及(ji)，對微型嵌入式傳感器節(jie)點的(de)需(xu)求(qiu)日益增長。為了(le)滿(man)足這(zhe)一需(xu)求(qiu)，科學家們致力于開發(fa)更加高效的(de)能(neng)量采集技術以及(ji)先進的(de)能(neng)量管理系統。本文將(jiang)探討近年(nian)來在這(zhe)一領域的(de)幾項關鍵技術進展，并展望未來的(de)發(fa)展方向。

二、能量采集技術的最新進展

太陽能采集

太陽能(neng)是目(mu)前最(zui)成(cheng)熟、應用最(zui)廣的能(neng)量來源(yuan)之一(yi)。通過集(ji)(ji)成(cheng)高效的光(guang)伏材料，傳(chuan)感器節點可(ke)以持續地從陽光(guang)中獲取能(neng)量。例如，凌(ling)力(li)爾特(te)公司提(ti)供的能(neng)量采(cai)集(ji)(ji)電源(yuan)管理芯片能(neng)夠支持多種能(neng)量采(cai)集(ji)(ji)源(yuan)，包括太陽能(neng)。

熱電轉換

利用(yong)塞貝克(ke)效應，熱電(dian)(dian)發電(dian)(dian)機可(ke)以(yi)將溫度差(cha)轉化(hua)為電(dian)(dian)能。這(zhe)對于那些部署在(zai)存在(zai)明顯溫差(cha)環境中的傳感器來(lai)說非常有用(yong)，如建筑外墻或(huo)工(gong)業(ye)設(she)施內(nei)部。

振動能量收集

對于安裝在移(yi)動物體上的傳感器(qi)(qi)(qi)，如汽(qi)車輪胎內的壓力傳感器(qi)(qi)(qi)，振動能(neng)量收集器(qi)(qi)(qi)可以通過(guo)機械運動產(chan)生的振動來產(chan)生電(dian)能(neng)。德(de)州儀器(qi)(qi)(qi)的研究表(biao)明，這種(zhong)技術(shu)非常適合遠(yuan)程節(jie)點自(zi)動運行數年(nian)的無線傳感器(qi)(qi)(qi)網絡。

射頻能量收集

隨著無(wu)線通信(xin)技術的(de)進步，利用射頻(pin)信(xin)號(hao)進行能量(liang)收集成為可(ke)能。這種方(fang)法特別適合于靠近無(wu)線基(ji)站或(huo)其他射頻(pin)信(xin)號(hao)源的(de)地方(fang)。

三、能量管理策略的新突破

高效率的能量轉換器

提高(gao)能(neng)量(liang)轉換(huan)器的(de)效率對于(yu)確保能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)系統的(de)有效性至關重要。比如聞泰科技推出的(de)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)PMIC產品，它不僅提高(gao)了能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)的(de)應用(yong)可(ke)行性，也為行業注入了新的(de)活力13。

動態功率調整

根(gen)據實際(ji)工作負載調整傳(chuan)感器節點的功耗，以減(jian)少(shao)不必要的能耗。例如，在數據傳(chuan)輸不頻繁時降低處理(li)器頻率(lv)或關閉某些功能模塊，以此來節省電力資(zi)源(yuan)。

超級(ji)電(dian)容器與鋰電(dian)池的(de)結合使用

超級(ji)電(dian)容器具有快速充電(dian)和放(fang)電(dian)的特點，而鋰電(dian)池則擁有更高的能量密度(du)。兩者結(jie)合使用(yong)可(ke)以在保(bao)證長時(shi)間供(gong)電(dian)的同時(shi)提供(gong)瞬時(shi)大電(dian)流(liu)輸出的能力。

四、機械智能能量采集的前景

近期(qi)，上海交通大學張(zhang)文(wen)明教授團隊提(ti)出了“機(ji)械智能(neng)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)”的概念，這是一種創新的設計方法論(lun)，旨(zhi)在解決能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)系統對復(fu)雜環境與(yu)工況的適應性難題(ti)。通過機(ji)械設計簡化系統復(fu)雜性，提(ti)升系統的魯棒性和可(ke)靠性8。預計在未來(lai)十年內，該領域將(jiang)會獲(huo)得更(geng)多的關注(zhu)，并推動能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)技(ji)術(shu)向商業(ye)化應用邁進。

五、結論

微型嵌入(ru)式(shi)傳(chuan)感器(qi)節點(dian)的(de)(de)能(neng)量采集和管(guan)理技(ji)(ji)術(shu)(shu)創新(xin)(xin)正(zheng)在深刻改變(bian)我們的(de)(de)生活方式(shi)和技(ji)(ji)術(shu)(shu)應用方式(shi)。隨著新(xin)(xin)材料、新(xin)(xin)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)不斷涌現，我們有理由相信(xin)，未來的(de)(de)傳(chuan)感器(qi)節點(dian)將變(bian)得更加智能(neng)化、自(zi)(zi)給自(zi)(zi)足(zu)，從而進一步推動物(wu)聯網(wang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)發展。無論是科研人員還是工程(cheng)師，都(dou)應密(mi)切關注(zhu)這一領(ling)域(yu)的(de)(de)最(zui)新(xin)(xin)動態，以便抓住機遇(yu)，迎接挑戰(zhan)。