能量收集：消除物聯網節點的電池更換

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能量收集是人類文明的首要目標。從那時起，每一次可能的創新和革命性技術都圍繞著人類如何有效地收集能量展開。無論是自然能量還是人工能量，能量都滿足了我們所有的需求，為我們提供了電力，並執行著網際網路。自然能量可以從許多不同的來源收集，例如太陽能、風能、運動或振動能量以及動能。讓我們看看能量收集是如何消除物聯網節點中電池更換的。

什麼是物聯網節點？

這些小型物聯網節點是連線到網際網路的閘道器。物聯網節點執行在物理世界中，將周圍環境連線到雲網絡網格。然後，所有來自物聯網感測器的資料和物聯網裝置處理的資料都透過物聯網節點發送到雲伺服器資料庫。因此，物聯網節點需要電力才能執行。當前的研究致力於尋找低能耗的物聯網節點，以便它們能夠在消耗更少電力的同時工作更長時間。

物聯網節點中的電池更換

通常，物聯網裝置使用電池供電來完全供電其感測器，以及使用wifi和藍牙協議的物聯網節點。但這方面存在許多挑戰，因為電池尺寸較大，會增加整體裝置尺寸和生產成本。此外，它們的壽命有限；電池壽命結束後，需要更換。僅更換電池的成本幾乎與更換整個裝置的成本相同，因此傳統的電池更換不可行。此外，由於使用過的電池的運輸和處置，這會對環境造成影響。

物聯網節點中電池更換的解決方案

消除物聯網節點中的電池更換是一個重要因素，這可以透過能量收集來實現。在當前環境中，我們從四面八方都能獲得能量。因此，物聯網裝置可以透過消耗環境中的環境能量來持續供電自身。

能量收集的主要好處是，物聯網裝置可以自給自足，並且在很長一段時間內不需要更換。總體成本和對生態系統的影響降低了，從而形成了一種可持續的方法，消除了物聯網節點中的電池更換。

能量收集如何與物聯網裝置一起工作？

能量可以透過多種不同的方式收集，然後將產生的電力傳輸到物聯網裝置。主要因素是能量產生區域的大小，因為它必須相對較小才能安裝在物聯網裝置中。一些非常常見的能量收集型別包括：

• 動能 - 動能可以成為許多物聯網裝置和可穿戴裝置的主要來源，因為持續的運動可以產生少量電力，足以執行物聯網裝置。這可以透過捕獲振動或圓周/線性運動來收集，以便可以旋轉圓形鍵，齒輪產生電力。工業物聯網裝置可以使用機器產生的振動能量供電。但這種方法並非適用於所有物聯網裝置，因為許多裝置都不喜歡運動。

• 太陽能 - 另一個巨大的電力來源始終是太陽能。它將太陽能直接轉換為電力，這有助於執行許多裝置，例如路燈和農業中的智慧物聯網天氣裝置。

• 熱能 - 消耗任何工作釋放的廢熱能量仍然是人類面臨的挑戰。與任何電力一樣，它們會產生大量的熱量來發電，但在小規模上做到這一點非常具有挑戰性。未來的專案包括使用人體熱量為可穿戴裝置充電。

• 風能 - 對於不需要運動的物聯網裝置，可以使用風能供電。它適用於非固定物聯網裝置，並利用風能發電。

物聯網裝置中能量收集的不同應用

不同的應用屬於收集能量以執行的物聯網裝置的不同類別。以下是收集能量的物聯網裝置的應用。

智慧家居裝置

家中自動化系統併為家庭帶來未來感的智慧物聯網裝置從太陽能收集能量。智慧照明系統、智慧門鎖、智慧攝像頭監控、真空吸塵器、物聯網供電的天氣監控和家庭環境控制等都使用家中太陽能電池板產生的電力。

農業物聯網面板

物聯網在農業領域擁有大量的應用，並且可以在不更換電池的情況下使用。配備太陽能和風能的物聯網裝置可以安裝在許多地方，這些地方可以監控土壤濃度、水分和溼度，並建議肥料和良好的植物生長需求。天氣監測裝置等可以用來收集能量。

工業物聯網節點

工業物聯網感測器和控制系統可以從環境能量源（如廢熱和振動）的能量收集中受益。這增加了工業級物聯網裝置的自持壽命。

可穿戴物聯網裝置

對這種可穿戴裝置的需求正在不斷增加，這種裝置不需要反覆更換電池或在一段時間後重新充電。物聯網裝置從振動和日常鍛鍊中的動能中收集能量，併產生自持電力。

能量收集技術的未來

將能量收集整合到物聯網中為我們帶來了許多好處。物聯網裝置永遠不會耗盡電力，並以最大效率工作。目前正在進行的研究旨在使物聯網感測器比以往任何時候都更小，以便它們消耗更少的電力並更容易安裝在物聯網裝置上。此外，它們支援低功耗藍牙以增加範圍而不會增加功耗。

結論

能量收集是執行物聯網裝置的一個重要概念。除了物聯網中不同的技術進步，例如使用 5G 的更快的網際網路、隨著區塊鏈技術的發展而提高的安全性和人工智慧和機器學習網路的開發以自動化流程、更小的發射器尺寸、微晶片以及低功耗藍牙 5.3 或更高版本的發展等，能量收集也不容忽視。這些較小的部分彙集在一起，形成了一個自持強大的物聯網自動化，最終導致 Web4 應用程式。