能量收集：消除物联网节点的电池更换

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能量收集是人类文明的首要目标。从那时起，每一次可能的创新和革命性技术都围绕着人类如何有效地收集能量展开。无论是自然能量还是人工能量，能量都满足了我们所有的需求，为我们提供了电力，并运行着互联网。自然能量可以从许多不同的来源收集，例如太阳能、风能、运动或振动能量以及动能。让我们看看能量收集是如何消除物联网节点中电池更换的。

什么是物联网节点？

这些小型物联网节点是连接到互联网的网关。物联网节点运行在物理世界中，将周围环境连接到云网络网格。然后，所有来自物联网传感器的数据和物联网设备处理的数据都通过物联网节点发送到云服务器数据库。因此，物联网节点需要电力才能运行。当前的研究致力于寻找低能耗的物联网节点，以便它们能够在消耗更少电力的同时工作更长时间。

物联网节点中的电池更换

通常，物联网设备使用电池供电来完全供电其传感器，以及使用wifi和蓝牙协议的物联网节点。但这方面存在许多挑战，因为电池尺寸较大，会增加整体设备尺寸和生产成本。此外，它们的寿命有限；电池寿命结束后，需要更换。仅更换电池的成本几乎与更换整个设备的成本相同，因此传统的电池更换不可行。此外，由于使用过的电池的运输和处置，这会对环境造成影响。

物联网节点中电池更换的解决方案

消除物联网节点中的电池更换是一个重要因素，这可以通过能量收集来实现。在当前环境中，我们从四面八方都能获得能量。因此，物联网设备可以通过消耗环境中的环境能量来持续供电自身。

能量收集的主要好处是，物联网设备可以自给自足，并且在很长一段时间内不需要更换。总体成本和对生态系统的影响降低了，从而形成了一种可持续的方法，消除了物联网节点中的电池更换。

能量收集如何与物联网设备一起工作？

能量可以通过多种不同的方式收集，然后将产生的电力传输到物联网设备。主要因素是能量产生区域的大小，因为它必须相对较小才能安装在物联网设备中。一些非常常见的能量收集类型包括：

• 动能 - 动能可以成为许多物联网设备和可穿戴设备的主要来源，因为持续的运动可以产生少量电力，足以运行物联网设备。这可以通过捕获振动或圆周/线性运动来收集，以便可以旋转圆形键，齿轮产生电力。工业物联网设备可以使用机器产生的振动能量供电。但这种方法并非适用于所有物联网设备，因为许多设备都不喜欢运动。

• 太阳能 - 另一个巨大的电力来源始终是太阳能。它将太阳能直接转换为电力，这有助于运行许多设备，例如路灯和农业中的智能物联网天气设备。

• 热能 - 消耗任何工作释放的废热能量仍然是人类面临的挑战。与任何电力一样，它们会产生大量的热量来发电，但在小规模上做到这一点非常具有挑战性。未来的项目包括使用人体热量为可穿戴设备充电。

• 风能 - 对于不需要运动的物联网设备，可以使用风能供电。它适用于非固定物联网设备，并利用风能发电。

物联网设备中能量收集的不同应用

不同的应用属于收集能量以运行的物联网设备的不同类别。以下是收集能量的物联网设备的应用。

智能家居设备

家中自动化系统并为家庭带来未来感的智能物联网设备从太阳能收集能量。智能照明系统、智能门锁、智能摄像头监控、真空吸尘器、物联网供电的天气监控和家庭环境控制等都使用家中太阳能电池板产生的电力。

农业物联网面板

物联网在农业领域拥有大量的应用，并且可以在不更换电池的情况下使用。配备太阳能和风能的物联网设备可以安装在许多地方，这些地方可以监控土壤浓度、水分和湿度，并建议肥料和良好的植物生长需求。天气监测设备等可以用来收集能量。

工业物联网节点

工业物联网传感器和控制系统可以从环境能量源（如废热和振动）的能量收集中受益。这增加了工业级物联网设备的自持寿命。

可穿戴物联网设备

对这种可穿戴设备的需求正在不断增加，这种设备不需要反复更换电池或在一段时间后重新充电。物联网设备从振动和日常锻炼中的动能中收集能量，并产生自持电力。

能量收集技术的未来

将能量收集集成到物联网中为我们带来了许多好处。物联网设备永远不会耗尽电力，并以最大效率工作。目前正在进行的研究旨在使物联网传感器比以往任何时候都更小，以便它们消耗更少的电力并更容易安装在物联网设备上。此外，它们支持低功耗蓝牙以增加范围而不会增加功耗。

结论

能量收集是运行物联网设备的一个重要概念。除了物联网中不同的技术进步，例如使用 5G 的更快的互联网、随着区块链技术的发展而提高的安全性和人工智能和机器学习网络的开发以自动化流程、更小的发射器尺寸、微芯片以及低功耗蓝牙 5.3 或更高版本的发展等，能量收集也不容忽视。这些较小的部分汇集在一起，形成了一个自持强大的物联网自动化，最终导致 Web4 应用程序。