根據(jù)物理定律，系統(tǒng)的總能量是守恒的，并且有可能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式。一個(gè)典型的例子是兩個(gè)臺(tái)球碰撞時(shí)產(chǎn)生的“充滿活力的聲音”以及接觸點(diǎn)產(chǎn)生的熱量。在這種情況下，聲音是由周圍空氣分子的振動(dòng)產(chǎn)生的過程；這種振動(dòng)在數(shù)學(xué)上可以用波來表達(dá)，但對(duì)于人耳來說，它表現(xiàn)為一種聲音，其強(qiáng)度與沖擊力有關(guān)。因此，能量可以從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。
    可以從不同的環(huán)境能源中獲取電力。
    熱能。我們周圍的環(huán)境中到處都存在溫度和熱流的差異。典型的例子是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱、地下的地?zé)?、鋼鐵廠或其他工業(yè)過程中冷卻水的熱量?？梢酝ㄟ^使用熱電發(fā)電機(jī)和一些電路將熱能轉(zhuǎn)換成電能，以將電能轉(zhuǎn)換并保存到存儲(chǔ)設(shè)備中?；驹硎菬犭姲l(fā)電機(jī)（TEG）將熱通量（溫差）轉(zhuǎn)化為電能。它們沒有移動(dòng)部件，尺寸通常非常小，非常適合低功耗嵌入式設(shè)備。
    射頻 (RF) 能量。如今，它引起了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電源的廣泛關(guān)注。通過無線配電系統(tǒng)，可以擁有一個(gè)專用基礎(chǔ)設(shè)施，能夠通過單個(gè)傳輸源為由數(shù)百或數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)供電。
    可以使用射頻能量采集器將射頻能量轉(zhuǎn)換為電能。這些采集器將射頻能量轉(zhuǎn)換為電能。如今，我們周圍都有 GSM、LTE、Wi-Fi、無線電波等產(chǎn)生的射頻能量。所有這些信號(hào)都存在于任何商業(yè)、住宅和工業(yè)區(qū)域。
    這些技術(shù)研發(fā)的真正挑戰(zhàn)是恢復(fù)公共電信服務(wù)（例如電視和無線電廣播或移動(dòng)通信）傳輸?shù)碾娏Α?br>    對(duì)于熱能收集項(xiàng)目，我們將使用 BQ25570 IC，它可以從熱電發(fā)電機(jī)中提取微瓦到毫瓦的能量。它還具有電源管理系統(tǒng)，可通過使用雙電路來提高電壓，同時(shí)防止電池過度充電或爆炸。
    對(duì)于射頻采集，我們將使用P2110 IC及其射頻天線和前端。它在 902-928 Mhz 的頻段進(jìn)行了微調(diào)。它也可以在其他頻段運(yùn)行，但效率較低。該頻段的中心頻率為2G，它存在于我們周圍的生命世界的任何地方，它使我們能夠在地球的每個(gè)地方收集能量。    通過結(jié)合這些傳感器，我們可以利用這些能量為小工具或低功耗可穿戴設(shè)備自供電。這樣，我們就不需要在一段時(shí)間后給它充電了。該項(xiàng)目可以與超級(jí)電容器結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)全面的超低功耗管理。

    RF 和熱采集電路的集成框圖如圖1所示。
    便攜式設(shè)備的電源管理電路
    圖1：項(xiàng)目框圖
    該項(xiàng)目中使用的組件如下。
    1 × TG.22.0222（射頻天線 850 MHz/900 MHz WHIP RA）
    1 × TG12-2.5-01LS（TEM 發(fā)生器 30 × 30 × 3.94 毫米）
    1×BQ25570 集成電路
    1 個(gè) P2110 芯片    該項(xiàng)目的電路如圖2所示。

    便攜式設(shè)備的電源管理電路
    圖2：該項(xiàng)目的電路
    當(dāng)熱電發(fā)電機(jī)的極板之間有足夠的溫差以在其端子上產(chǎn)生電壓時(shí)，該過程開始。BQ25570 將提取功率，根據(jù)溫差從微瓦到毫瓦不等。然后集成升壓轉(zhuǎn)換器將以 93% 的效率將電壓升壓至 3.3V。
    此外，P2110 射頻采集器將射頻能量轉(zhuǎn)換為電能。該射頻功率將進(jìn)入天線，然后通過其集成阻抗匹配電路轉(zhuǎn)換為直流源。當(dāng)設(shè)備使用的電流小于采集器電路產(chǎn)生的電流時(shí)，在輸出端添加一個(gè)電容器來存儲(chǔ)電力。然后兩種權(quán)力將合并，以便它們可以同時(shí)運(yùn)作。即使其中一個(gè)采集源較弱，另一個(gè)采集源也會(huì)繼續(xù)提供電力，系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。
    硬件設(shè)計(jì)的重要細(xì)節(jié)
    出于能量收集的目的，有兩種選擇：使用電容器來存儲(chǔ)輸入功率或使用電池來存儲(chǔ)電荷。我們?cè)谶@個(gè)項(xiàng)目中使用了一個(gè)電容器。
    以下是選擇電容器的一些準(zhǔn)則：
    選擇低 ESR（小于 200 mΩ）的電容器。
    1.2V 時(shí)漏電流必須小于 1μA。
    大電容充電緩慢，但可以存儲(chǔ)大量電流；小電容器充電速度非常快，會(huì)增加啟動(dòng)時(shí)間。根據(jù)應(yīng)用，可以使用以下公式更改電容器的值：C = 15 × Vout × Iout × Ton
    在哪里：
    Vout = P2110 的輸出電壓
    Ton = IC 開啟時(shí)間
    Iout = P2110 的平均輸出電流
    IC 的射頻輸入引腳可容納任何標(biāo)準(zhǔn)天線。在該項(xiàng)目中，使用了 50Ω 天線，這對(duì)于大多數(shù) RF 設(shè)備來說很常見，用于阻抗匹配。P2110 可以連接多種類型的天線。直流短路的天線必須有一個(gè)與天線串聯(lián)的隔直電容器。
    由于 RF 非常容易受到噪聲和 EMI 干擾，因此在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)需要格外小心。最重要的是走線天線的阻抗匹配。由于該天線是我們的電源，因此阻抗匹配得越多，射頻側(cè)采集器電路的效率就越高。RF 走線必須嚴(yán)格為 50 Ω，且長(zhǎng)度必須盡可能短。
    應(yīng)使用過孔將 GND 引腳連接至電路板接地。所有電阻和電容必須盡可能靠近 IC。
    RF 采集器和熱采集器 IC 均使用具有高峰值電流和高開關(guān)頻率的開關(guān)電源。PCB 布局需要特別小心，否則系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn) EMI 和穩(wěn)定性問題。
    高電流走線應(yīng)采用短而寬的 PCB 走線。從地面返回的路徑應(yīng)盡可能短。旁路電容和存儲(chǔ)電容應(yīng)盡可能靠近 IC 焊盤。盡量不要在電容器路徑中使用任何過孔。這些電容器在極端負(fù)載條件下為系統(tǒng)提供了很大的穩(wěn)定性。
    為了存儲(chǔ)從熱收集器收集的能量，我們將添加一個(gè)電容器。當(dāng)采集器不再采集電力時(shí)，該電容器足夠大，可以為設(shè)備提供電力。
    兩臺(tái)收割機(jī)的輸出功率將合并。這樣，可以提高總功率輸出，并且可以最大限度地利用兩種類型的環(huán)境能量。在任何情況下，如果熱能不夠，設(shè)備將從射頻采集器獲取電力；或者如果射頻功率較弱，熱能將持續(xù)提供能量。在其他情況下，如果兩個(gè)電源均不可用，兩個(gè)采集器的存儲(chǔ)電容器將使系統(tǒng)保持開啟狀態(tài)，但時(shí)間有限。熱收集器的好處是它可以用于產(chǎn)生熱量并偶爾使用散熱器散熱的系統(tǒng)。這種熱收集解決方案非常適合這些情況，因?yàn)槟恍枰褂蒙崞?，并且熱量將被轉(zhuǎn)換回系統(tǒng)，
    越來越高效的設(shè)備的出現(xiàn)可以為充分利用能量收集的新解決方案鋪平道路。