收集動能：壓電換能器受到振動和移動時能夠產生電能。因此，設備能夠將振動產生的動能轉化為 AC 電壓，AC 電壓經過調整后，向系統(tǒng)提供電力。有多種不同的方法可以收集來自動能的能量。例如，用戶按下遙控器按鈕時產生的能量可以收集起來用于發(fā)送一個低耗能的無線電信號。同樣地，當有人走過時，安裝在地磚底下的壓電換能器也能產生電能，可以為小型顯示屏或緊急燈供電。
收集熱能：熱電能收集器的工作原理基于塞貝克(Seebeck)效應，根據兩個不同導體接合處的溫度差而產生電壓。利用由系統(tǒng)內溫度變化而產生的電能，能夠運作供電好幾年，尤其是低功耗電路設計的系統(tǒng)。這種技術在回收熱量損失方面很有用。最新的技術發(fā)展將會利用人體熱量為穿戴設備的健康傳感器供電。
開發(fā)工具
由于能量收集技術產生的能量很少，因此要保持系統(tǒng)中能量生產和能量消耗的平衡是非常重要的。設計工程師需要仔細評估能量需求并選擇相應的組件。根據不同的操作模式，如激活模式、睡眠模式等，物聯(lián)網設備的能量需求也會有所不同。設計過程中需要進行試驗或者會發(fā)生錯誤，有時候還需要進行詳細的實驗。因此，使用開發(fā)套件能夠幫助開發(fā)者進行早期實驗并完成系統(tǒng)的初始原型。
如今，投資物聯(lián)網技術的行業(yè)已經引用了多種物聯(lián)網開發(fā)套件。使用行業(yè)標準工具以后，可以準確地計算、評估能量生成量和消耗量。例如，賽普拉斯/Spansion 推出了基于網絡的 Easy DesignSim 設計工具，讓所有用戶能夠輕松地計算并調查能量收集量。
圖2：能量收集入門套件，包含了針對最小能量消耗進行了優(yōu)化的原始無線協(xié)議，以及帶 ARM Coretex M3 內核的 FM3 微控制器。
賽普拉斯的能量收集入門套件利用能量收集技術，簡化并加快了無線傳感器模組的開發(fā)進程。這款低功耗的無線協(xié)議能夠替代 ZigBee 或藍牙等低功耗無線協(xié)議。套件中的微控制器是賽普拉斯基于Spansion ARM Cortex M3 內核的FM3 微控制器，能夠根據不同的 ARM 開發(fā)進行定制。
圖3：利用能量收集技術驅動低功耗藍牙信標的入門套件能夠與太陽能電池、壓電元件或其他傳統(tǒng)配件配套使用
另一個能量收集入門套件可以幫助開發(fā)者利用能量收集技術建立低功耗藍牙信標。可以使用太陽能電池或壓電元件進行能量采集。此外，該套件可使用 USB 電源供電，并配有 BLE 低功耗藍牙轉換的無線模組。
圖4物聯(lián)網開發(fā)入門套件可用于能量收集
技術挑戰(zhàn)
在設計物聯(lián)網設備能量收集系統(tǒng)的過程中，開發(fā)者面臨的最大技術挑戰(zhàn)和操作挑戰(zhàn)就是要找到一個可行的能量儲存解決方案。最初的產品設計是為了從非充電電池中獲得的電力，因其成本低，而可用性和便利性高。然而，非充電電池的能量資源是有限的，并且需要定期更換。為了解決這個問題，制造商開始使用可充電電池作為主要的能量儲存。
如今，鎳鎘電池和鋰電池等可充電電池已應用于物聯(lián)網設備中。盡管這類電池的使用非常方便，但擁有極高的放電率，每塊電池只可以充電放電大概 500 次，限制了電池在物聯(lián)網應用中的長期應用。因此，尋找改進電池技術的解決方案，是設計工程師如今面臨的關鍵挑戰(zhàn)。
除此之外，設計師還需要克服提供能量收集設備效率的主要缺點。用于將非傳統(tǒng)環(huán)境能量轉換成電能的換能器的轉換效率通常限制在10%。另外，用于儲存和轉化能量的電路會有能量損耗。加上所有損耗，產品只能獲得能量來源約 1% 的能量。因此，設計師需要進行非常仔細的分析和建模，從而通過能量收集和電路的功率需求來平衡可用能量。