热能和振动能量怎么被物联网设备收集

机械振动是为电子系统提供足够能量的另一种方法。压电换能器的振动通过使用特殊的质量和允许移动的特殊系统，近年来在能量收集应用中得到了广泛的应用。

压电转换器利用直接的压电效应，即当受到机械应变时，某些晶体产生电位差的特性。这种效应发生在纳米尺度，是可逆的。近年来，聚合物塑料基压电材料(Pvdf)得到了广泛的发展，并在不断地寻找新材料和越来越先进的制造工艺。

压电效应将动能以振动或冲击的形式转化为电能。压电发电机(能量收割机)通过将浪费在环境中的振动能量转化为可用的电能，提供了一种可靠的解决方案。它们是需要为电池、超级电容或直接为远程传感器系统充电的应用程序的理想选择(图1)。

系统的总体性能取决于诸多因素，如输入振动、传感器的几何形状和材料、引起振动的质量、电子接口。因此，即使在早期的设计阶段，也非常需要换能器和电路结行为的快速和可靠的定量估计，以优化整个系统。

压电效应的分析可以用下图所示的电路来表示。

电感LM为等效惯性质量;电容CM为换能器的弹性;电阻RM表示机械损耗。机械部分是由发电机FIN产生的力,相反的反馈力发生器α-VP,由电压控制的输出设备上开发能力的CP(逆压电效应)。同时,机械速度ż产生当前βż供应两个电容输出(压电)的直接影响和其他可能的电气负载连接到传感器。因此,模型识别涉及以下六个独立参数: LM , CM , RM , CP , α and β。α和β是热系数相关的系统。

电源管理IC (PMIC)

温差可以用来发电，从而利用在其他情况下会损失的多余热量。太阳能和地热系统的余热可以被收集。可使用一般家用电器的排放流。

假设我们使用电池供电的无线物联网设备，这些设备在一个由人体、烤箱、电机产生热梯度的环境中运行。如果没有能量收集，这些设备的电池就需要更换，因为它们会释放能量，这就产生了运营成本。根据可用的温度梯度,热电发电机可以生成20µw²10 mw /平方厘米。

热电发电机和压电传感器与适当的PMIC相结合，将在物联网应用中为电池充电。

为了设计更好的热电能量收集系统，有许多特性需要考虑。包括电气和热需求，使用合适的热电材料，特定应用要考虑耐久性目标，产品销售价格和工程预算。

振动是一种无处不在的能量来源。每个在路上的汽车会在柏油路上,在驾驶舱产生振动,如果我们考虑高速公路的长度和大量流动的汽车,从振动能够获得能量的想法似乎很有吸引力。

Maxim公司的MAX17710是低功耗高效能量采集充电和保护的完整系统,能管理输出功率从1FW到100mW的能量采集器件. 它是行业首个IC集成的环境能量收集的电源管理的所有功能，充电和保护微能源电池以及(MECS)，一个固态电池的形式。在超低电流水平运行时，MAX17710接受来自管理不善的能量与输出范围从100mW的水平1μW到收获各种来源的能量。例子包括光(通过光电池捕获)，振动(由压电元件捕获)，热量由热电发电机捕获)和射频(例如，近场通信(NFC))。