无线传感器网络的能量供给

摘要：为那些偏远分散的便携式装置提供能量有两种方式：一种是小型长寿名电池，另一种是能量收集技术（energy harvesting techniques）

　　能量储存（Power conservation）是数以百计的已应用于商业，工业，医疗，和以低的电耗和低的数据传输速度为特点的军事领域中的无线传感器网路中的一个重要组成环节，在没有线性功率提供或着传感器的节点是移动的无线传感器网络中，长寿命电池（5～10年）是必要的。因为传感器网络的理念（philosophy）是“无线无处不在”，此外，传感器网络节点的尺寸大小也非常关键。许多应用场合都要求传感器网络的节点大小不超过一枚硬币（如图一）。也就是说，即使是AA型电池也还是太大了，硬币型电池是唯一的选择。无线传感器网路可以工作在低能耗状态，一个3 VDC的硬币电池可以为一个传感器节点供电10年或者更久，当然这还取决于取样率。

　　但事实上在很多无线传感器网络中，使用和替换电池，即便是长寿命型的电池，也是不切实际的。因为传感器节点常被安装在不可回收的位置，此外，更换数以百计电池的工作量和成本也是不可承受的。由于这些限制，系统的设计师和工程师们正在寻找一种可供选择的长寿命的能量投递方法运用到无线传感器网络中去。其中一种很受设计者关注的方法就是从周围环境中的持续振动里获取电能。从周围环境的振动种获取能量使无线传感器网络运作并在将来推出完全没有电池的无线传感器网络是完全具有可行性的。潜在的应用领域包括设备状态监测，高压交流电监控，车辆轮胎的压力和温度监测以及飞机和轮船在出航前的潜在问题探测。因为这些捕获装置非常灵敏有效，即使是哪些人类几乎无法察觉的振动也能够被感应并产生电流。振动的输入是以g为单位，g等于重力加速度。（人手可以察觉到0.02g的力敲击桌子引起的振动）

　　能量捕获装置可以将其周围环境里发生的28Hz，100mg的振动转换为电能并以9.3mW的功率输出。增加装置的体积，其转化的能量也能够相应的增加。输出功率能够跟振动的频率是线性关系，而跟振动的强度则是呈指数关系。当产生的电能不能够立即被使用时，它们会被储存在一个超级电容里。
　　另一个例子是Continuum Control Corp公司的ipower能量捕获装置（如图2），能够从机械振动，运动，冲击中吸收能量并储存，进而被无线传感器网络和其他电子装置使用。这种工艺将转换器和电路联合到一个机械系统中去，建立一种将机械动能最大限度转化为电能的方案，特别是将微小的振动转化为可能的能量（如图3）。

　　上述两种技术都可以给无线传感器网络节点和其附属传感器供应足够的能量，二者都是无线传感器网络能量供给的不错选择。

总结
　　采用从周围环境中的机械振动中收集能量的方法几乎可以给低功耗的无线传感器网络提供永久的能量供给。据保守估计，每年至少有数量达到数百万套的无线传感器设备出售，设备的供应商们必须保证他们的设备能够同时支持电源线，电池供电以及环境能量收集技术。而这项兼容措施最终将会给无线传感器网络的使用者，设计者和工程师们更大的选择空间。