自从KevinAshton创造“物联网”一词的那一天起，IoT就迅速扩展以满足各种需求。医疗设备、智能电表、联网汽车、智能农业和智能基础设施——如果您说出应用的名字，物联网传感器可以发挥重要作用。应用程序是无限的。物联网已经成为万物互联。Statista在最近的一份报告中估计，到2030年，全球联网设备的数量将达到约500亿。这些设备或系统将相互通信，捕获和分析数据并将其发送到云端进行存储或进一步处理。更进一步，人们对边缘AI处理的兴趣越来越大，这使得智能设备变得更加智能。对智能设备上的应用程序和数据处理的需求不断增长，这给设备设计人员带来了挑战：如何充分利用电池。延长或消除更换电池的需要可降低维护成本，并为物联网设备提供竞争优势。最重要的是，低功耗的驱动力在整个设备设计周期中无处不在。电池供电的物联网设备需要远程工作并且完全依赖小型电池。设计工程师将找到通过平衡活动功能和深度睡眠模式来节省能源的方法；然而，这种方法有局限性。一些可穿戴设备，尤其是智能医疗设备——例如心脏起搏器——需要某些电路组件处于活动状态以进行持续监控。电路的活动部分必须始终开启，即使其他功能处于深度睡眠模式。此活动会限制电池寿命。电路设计需要补偿这一限制以满足应用的电池寿命要求。设计人员还面临着需要持续无线连接的物联网设备的挑战，这与延长电池寿命的要求相冲突。无线通信通常是有源设备中最大的耗电量。幸运的是，有许多技术可以在延长电池寿命的同时提高电子电路的能效。能量收集能量收集是一种从环境中收集能量并将其转化为可为电子电路供电的能量的方法。从外部环境收集能量的方法包括热电转换、太阳能转换、风能转换、射频(RF)信号和振动激励。RF能量收集捕获环境电磁能，并通过天线和整流器电路将其转换为可用的连续电压直流(DC)。环境中存在的环境射频能量源自各种高频技术，包括Wi-Fi信号、微波炉和无线电广播。振动激发能量来自地板、机械或汽车底盘的细微振动。隔离环境能量的方法差异很大，具体取决于可用能量的频率和大小。如今，几家公司已经开发出能量收集芯片，无需为低功耗物联网设备更换电池。无线标准无线连接标准（蜂窝和非蜂窝）开发了功能和优化技术，以帮助最大限度地延长IoT设备的电池寿命。LTE-M和802.11WLAN等无线标准具有省电模式和扩展不连续接收等功能，可降低功耗。省电模式允许IoT设备休眠或打瞌睡一段固定的时间，仅在传输和监控数据时醒来，然后在保持注册到网络的情况下返回休眠状态。设备和网络根据应用程序的要求协商和优化时序。由于物联网设备在省电模式下处于非活动状态，因此它们消耗的电量更少，有助于延长电池寿命。扩展的不连续接收可以作为扩展的LTE功能集成到物联网设备中，独立于省电模式工作以进一步节省电量。此功能大大延长了物联网设备不监听网络的时间间隔。虽然它不提供与省电模式相同级别的功率降低，但扩展的不连续接收可以在设备可达性和功耗之间实现良好的折衷。设备设计设计工程师努力使电子电路更加节能。某些硬件设计、软件或固件更改会导致电路消耗更多功率，从而降低电源效率。物联网设备的功耗也会因不同的气候条件而有所不同。设计人员经常通过捕获和分解硬件子系统的功耗来分析物联网设备在不同场景下的功耗。从那里，他们可以确定必要的设计更改以优化电池寿命。他们必须重复这些步骤来分析和验证每个设计变更的影响。这个过程称为基于事件的功率分析。设计人员需要将电荷耗尽曲线与子系统中的RF或DC事件相关联。如上所述，优化设备设计的过程可能既困难又耗时。设计人员需要模拟环境，捕获和比较电流消耗数据，并进行设计更改。他们可能还需要再次重复该过程。以用于农业应用的LoRa智能传感器为例。为了提高电池寿命估算值，设计人员需要在传感器在工作状态之间转换时捕获室内的动态电流消耗，并模拟全天的温度曲线。使用数据记录，设计人员可以根据电荷消耗曲线计算电池寿命，并确定需要改进的电路、软件或固件区域。市场上有一些产品可以帮助减少测试开发和测试时间，并轻松估算物联网设备的电池寿命，因此设计人员可以将更多时间花在重要的事情上：设备设计。大多数人都可能与手机电池电量不足引起的焦虑有关。物联网设备也不例外，无论是智能手表、医疗设备还是用于农业应用的智能传感器。电池运行时间是影响最终用户购买决定的最重要标准之一。它可以为您的物联网设备带来竞争优势，也可以破坏您的品牌声誉。幸运的是，现有的技术和解决方案可以帮助产品制造商和设备设计人员做出明智的决策，从而有效地管理电源并优化物联网设备的电池寿命。
