在当今快速发展的物联网（IoT）时代，微型嵌入式传感器节点的应用越来越广泛，从智能家居到工业自动化，再到智能城市和环境监测。然而，这些设备通常需要长期自主运行，并且更换电池既不方便也不总是可行。因此，能量采集技术和有效的能量管理策略成为了研究热点，旨在延长传感器节点的使用寿命并提高其自主性。

能量收集嵌入式系统是一种能够从环境中手机能量并利用其驱动的嵌入式系统。而在我们生活中，可以进行动能（风、波、重力、振动等）、电磁能（光伏、电磁波 (antenna/rectanna) 等）、热能（太阳热能、地热、温度变化、燃烧等）、原子能（原子核能、放射性衰变等）或生物能（生物燃料、生物质能等）。对于嵌入式中，能量收集技术正在迅速成为嵌入式系统设计人员的可行电源选择，使无线传感器能够用于以前传统电池供电设计无法实现的应用。例如，能量收集电源使系统设计人员能够轻松构建范围超过100米、使用寿命超过20年的超薄无线传感器。 而我们要解决的问题在于提高能量收集的稳定性和更好地进行能量管理，有效并高效地分配能量资源和调度能量资源，我们需要根据能量收集情况和系统负载实时监测和进行能量分配。

一、引言

随着无线传感器网络（WSN）5的普及，对微型嵌入式传感器节点的需求日益增长。为了满足这一需求，科学家们致力于开发更加高效的能量采集技术以及先进的能量管理系统。本文将探讨近年来在这一领域的几项关键技术进展，并展望未来的发展方向。

二、能量采集技术的最新进展

太阳能采集

太阳能是目前最成熟、应用最广的能量来源之一。通过集成高效的光伏材料，传感器节点可以持续地从阳光中获取能量。例如，凌力尔特公司提供的能量采集电源管理芯片能够支持多种能量采集源，包括太阳能。

热电转换

利用塞贝克效应，热电发电机可以将温度差转化为电能。这对于那些部署在存在明显温差环境中的传感器来说非常有用，如建筑外墙或工业设施内部。

振动能量收集

对于安装在移动物体上的传感器，如汽车轮胎内的压力传感器，振动能量收集器可以通过机械运动产生的振动来产生电能。德州仪器的研究表明，这种技术非常适合远程节点自动运行数年的无线传感器网络。

射频能量收集

随着无线通信技术的进步，利用射频信号进行能量收集成为可能。这种方法特别适合于靠近无线基站或其他射频信号源的地方。

三、能量管理策略的新突破

高效率的能量转换器

提高能量转换器的效率对于确保能量采集系统的有效性至关重要。比如闻泰科技推出的能量采集PMIC产品，它不仅提高了能量采集的应用可行性，也为行业注入了新的活力13。

动态功率调整

根据实际工作负载调整传感器节点的功耗，以减少不必要的能耗。例如，在数据传输不频繁时降低处理器频率或关闭某些功能模块，以此来节省电力资源。

超级电容器与锂电池的结合使用

超级电容器具有快速充电和放电的特点，而锂电池则拥有更高的能量密度。两者结合使用可以在保证长时间供电的同时提供瞬时大电流输出的能力。

四、机械智能能量采集的前景

近期，上海交通大学张文明教授团队提出了“机械智能能量采集”的概念，这是一种创新的设计方法论，旨在解决能量采集系统对复杂环境与工况的适应性难题。通过机械设计简化系统复杂性，提升系统的鲁棒性和可靠性8。预计在未来十年内，该领域将会获得更多的关注，并推动能量采集技术向商业化应用迈进。

五、结论

微型嵌入式传感器节点的能量采集和管理技术创新正在深刻改变我们的生活方式和技术应用方式。随着新材料、新技术的不断涌现，我们有理由相信，未来的传感器节点将变得更加智能化、自给自足，从而进一步推动物联网技术的发展。无论是科研人员还是工程师，都应密切关注这一领域的最新动态，以便抓住机遇，迎接挑战。