Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks

Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Shad Roundy
出品人:
页数:212
译者:
出版时间:2003-11-30
价格:USD 169.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9781402076633
丛书系列:
图书标签:
  • 无线传感器网络
  • 能量收集
  • 低功耗设计
  • 物联网
  • 可穿戴设备
  • 微能量系统
  • 能量转换
  • 自供电系统
  • 环境能量
  • 传感器网络
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具体描述

能源收集技术在无线传感器网络中的应用(排除特定书目内容) 书籍名称: 《非常规能源的捕获与转化:面向低功耗电子系统的实践指南》 书籍简介: 本著作深入探讨了在资源受限环境中,尤其是微型化电子设备和分布式传感系统中,如何有效地从环境中捕获和转化各种形式的能量,以支持其长期、自主运行的革命性技术。本书并非聚焦于特定应用领域(如无线传感器网络中对特定协议或网络拓扑的优化),而是着眼于支撑这些系统运行的基础能源捕获(Energy Harvesting)原理、材料科学、器件设计与系统集成。 第一部分:环境能源的普适性与潜力分析 本书的开篇部分,旨在为读者建立一个关于环境能源的宏观认知框架。我们首先剖析了当前便携式和嵌入式电子设备面临的能源瓶颈,并详细论述了环境能源作为替代或补充电源的巨大潜力。 第一章:环境能源景观的重新审视 本章系统地梳理了可供利用的环境能量源,将其划分为热能、机械能、光能和射频(RF)能四大类。我们不仅仅停留在概念层面,而是引入了能量密度分布图谱,通过对全球不同地理位置、不同应用场景下(如工业现场、人体内部、偏远自然环境)的能量流密度进行量化分析,帮助读者理解在特定部署环境下,哪种能源是最具可行性的选择。特别地,我们探讨了瞬时能量流的随机性和间歇性对能量存储和管理策略提出的挑战。 第二章:能量捕获的物理学基础与热力学限制 本章深入探讨了能量转换过程中的基本物理学原理。我们回顾了能量转换的基本热力学定律,并针对不同的能源类型,详细介绍了其核心的逆向效应和正向效应。例如,在热电转换方面,深入讲解了塞贝克效应(Seebeck effect)的机制、影响因素,以及ZT值(品质因数)的分子动力学解释。在机械能方面,则侧重于压电效应(Piezoelectric effect)和摩擦电效应(Triboelectric effect)的微观机理,以及如何通过材料结构设计来最大化电荷分离效率。本章强调了设计高性能捕获器件时必须面对的基本物理限制。 第二部分:核心捕获技术与器件工程 本书的核心内容集中于将理论转化为可制造、高性能的实际器件。本部分详细介绍了当前主流能量捕获技术的最新进展,并侧重于材料选择、微纳结构设计以及集成工艺。 第三章:光伏技术在微功耗系统中的优化 虽然太阳能是广为人知的能源,但对于尺寸受限或室内应用的微电子设备,需要特殊的低照度或特定波长的光伏器件。本章重点讨论了有机光伏(OPV)、量子点太阳能电池(QDSC)以及钙钛矿太阳能电池(PSC)在低光照条件下的光电转换效率(PCE)优化策略。我们详细分析了如何通过精细控制吸收层厚度、电荷传输层界面态密度,以及引入局域表面等离子体共振(LSPR)效应来提升室内环境下的捕获能力。 第四章:热能捕获:从宏观到微观的温差发电 热电发电机(TEG)的设计是实现热能捕获的关键。本章分为两大部分:材料设计和器件集成。在材料部分,我们详细比较了碲化铋(Bi2Te3)基合金、硫化物和新型氧化物半导体在室温附近的热电性能。重点阐述了通过纳米结构化(如纳米线阵列或多孔结构)来降低热导率而不显著影响电导率的“解耦”设计思想。在器件集成方面,探讨了如何利用微机电系统(MEMS)技术制造高密度、高效率的热电阵列,以及如何应对温差源的散热管理问题。 第五章:动能收集:压电、摩擦电与静电转换机制 本章详细剖析了从环境振动、形变或人机交互中获取能量的机械能转换技术。 压电能捕获: 重点分析了PZT、PMN-PT等高性能压电材料的选型,以及如何设计谐振频率可调的微悬臂梁结构或膜片结构,以匹配目标环境的激励频率。 摩擦电纳米发电机(TENGs): 作为一种新兴技术,TENGs的潜力巨大。本章深入讲解了接触-分离、滑动和弹跳模式的工作原理,以及通过引入特殊的表面改性涂层(如氟化聚合物)来提高电荷转移效率的方法。我们还讨论了TENGs在自驱动传感器件中的应用前景。 第三部分:能量管理与系统集成挑战 捕获到的原始能量往往是低压、不稳定的,必须经过高效的调理和存储,才能为下游电路提供可靠的电源。本部分聚焦于系统级集成和电源管理。 第六章:低功耗电源管理电路(PMIC)的设计 本章是系统实现的关键。我们详细介绍了升压转换器(Boost Converter) 和整流电路在处理来自能量捕获源的极低输入电压(如毫伏级)时的设计挑战。重点讨论了超低阈值电压开关技术、扰动与观察法(P&O)的最大功率点跟踪(MPPT)算法,以及如何设计具有极低静态功耗的启动电路,以确保系统在环境能量极度稀疏时也能被“唤醒”。 第七章:高效储能介质的选择与模型 能量捕获的间歇性要求系统必须配备合适的储能装置。本章对比了三种主要的储能技术: 1. 微型二次电池: 关注其循环寿命与内阻特性对捕获效率的影响。 2. 超级电容器/微型电容器: 重点分析了其高功率密度特性,以及如何通过串并联结构优化电压平稳性。 3. 薄膜固态电池: 探讨其在实现超薄、柔性器件集成方面的最新进展。 我们提供了精确的等效电路模型,用以仿真和预测不同储能介质在实际捕获-消耗周期中的电压衰减和寿命衰减曲线。 第八章:多源异构能量的融合与优化调度 在许多实际场景中,单一能源不足以保证系统运行。本章探讨了异构能量管理策略。我们引入了多输入多输出(MIMO)的电源管理架构,并提出了基于状态估计与决策树的能量调度算法,用以实时判断当前最有效的能源输入路径,并智能地决定是为负载供电还是为储能介质充电,从而最大化系统的整体可用能量和运行周期。 总结与展望: 本书旨在为电子工程师、材料科学家和系统架构师提供一套全面、深入且高度工程化的知识体系,指导他们超越传统的电池依赖模式,设计出真正自主、可持续的低功耗电子系统。本书强调的是能源获取的普适技术和系统集成优化,而非特定网络协议或数据传输机制的探讨。

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读后感

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这本《Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks》在我手中,感觉沉甸甸的,不仅仅是纸张的重量,更是知识和技术前沿的压迫感。我一直以来都在关注低功耗设计和能源效率在嵌入式系统中的应用,而无线传感器网络(WSN)无疑是这方面的典型代表。但传统WSN的电池寿命瓶颈,总是让人觉得有些束手束脚。想象一下,成千上万个传感器节点散布在偏远地区、恶劣环境中,每次电池耗尽都需要人工去更换,这不仅成本高昂,而且效率低下,甚至可能导致整个网络的瘫痪。这本书的出现,如同在我的脑海中点燃了一盏明灯,它直接指向了“能量采集”这个极具潜力的解决方案。我非常好奇书中会如何深入剖析各种能量采集技术,例如,书中是否会详细介绍如何从环境中的光能(太阳能)、温差(热电)、机械振动(压电)甚至无线电波(射频能量)中提取能量,并且对这些方法的能量密度、效率、以及在不同环境下的适用性进行详尽的比较分析?我特别希望能够看到一些具体的电路设计和优化方法,能够帮助开发者在实际项目中实现高效的能量采集。更重要的是,我关心书中如何讨论能量存储的问题。采集到的能量并不是瞬时可用的,如何有效地将这些能量储存起来,并以可控的方式释放给传感器节点,以满足其间歇性的通信和计算需求,这才是能量采集技术能否真正落地的关键。书中是否会探讨超级电容器、微型电池等能量存储器件的选择和管理策略?此外,对于能量采集对WSN整体拓扑结构、通信协议和节点调度策略的影响,我也充满了探索的欲望。这本书是否会提供一些创新的网络设计思路,使得WSN能够更好地适应能量的波动性,并最大化网络的整体性能?我期待这本书能够为我提供一套完整的解决思路,让我能够从理论到实践,全面掌握能量采集在WSN领域的应用。

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这本书的封面设计相当吸引人,简洁明了,但又透着一股科技感。封面上方的“Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks”字体醒目,下方则是一张抽象的能量流动的图案,似乎在诉说着一种看不见的力量在网络中传递。我当时是被这个封面所吸引,好奇是什么样的技术能够让无线传感器网络摆脱对传统能源的依赖。我一直对物联网和它的应用场景非常感兴趣,而无线传感器网络是构建物联网的关键一环。然而,传统传感器网络的部署和维护成本一直是制约其大规模应用的重要因素,其中能源供应问题尤为突出。无论是电池更换的繁琐,还是对环境造成的影响,都让人们不得不去寻找更可持续的解决方案。这本书的出现,恰好切中了这个痛点,它提出的“能量采集”概念,听起来就像是为传感器网络注入了源源不断的生命力,让它们能够自给自足。我对于书中会如何详细阐述能量采集的原理、不同的能量采集技术(例如太阳能、热电、压电、射频等)的优缺点、以及它们如何被集成到无线传感器网络的设计中充满了期待。我希望书中能够深入探讨这些技术的理论基础,并提供一些实际的案例分析,让我能够更直观地理解这些技术是如何在现实世界中发挥作用的。同时,我也非常关心书中对于能量管理策略的论述。仅仅采集到能量是不够的,如何有效地存储、管理和分配这些采集到的能量,以满足传感器网络的运行需求,是能量采集技术能否成功的关键。我希望书中能够提供一些创新的能量管理算法和方法,以及如何优化这些算法以提高能源利用效率。此外,书中对于无线传感器网络的整体架构和设计的影响也是我非常关注的方面。能量采集技术的引入,必然会对原有的网络设计产生影响,我期待书中能够探讨如何将能量采集技术无缝地集成到现有的和未来的无线传感器网络架构中,并提出一些新的设计理念和方法。这本书的标题本身就极具前瞻性,它预示着一个更加自主、更加环保的无线传感器网络时代即将来临。

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初见《Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks》这本书,我的第一感觉是它触及了当前无线传感器网络(WSN)领域最核心的挑战之一——能源供应。WSN的应用场景日益丰富,从智能家居到工业自动化,再到环境监测,它们默默地收集着海量数据,构建着感知世界的网络。然而,这些部署广泛的传感器节点,却常常受限于电池的续航能力,需要频繁地更换电池,这不仅增加了运营成本,也带来了环境问题。这本书的标题,如同一道曙光,预示着一种摆脱传统能源束缚的可能性。我非常好奇书中将如何深入阐述能量采集的原理和技术。书中是否会详细介绍各种能量采集方式,例如从环境光(太阳能)、温差(热电效应)、机械振动(压电效应)、甚至无线电波(射频能量)中提取能量的技术细节?我期待书中能够提供关于不同能量采集技术的性能参数、优缺点分析,以及它们在不同应用场景下的适用性比较。更重要的是,我希望书中能够提供具体的工程实践指导,例如如何设计高效的能量采集电路,如何选择合适的能量存储元件,以及如何将能量采集模块无缝集成到WSN节点中。此外,能量管理策略也是我关注的重点。采集到的能量并非源源不断,如何有效地存储和管理这些能量,以满足传感器节点的间歇性通信和计算需求,是实现WSN自主运行的关键。我期待书中能够提供一些先进的能量管理算法,例如基于预测控制、强化学习等方法,以最大化网络的整体能源效率和可靠性。这本书是否能为我提供构建更加低功耗、更加自主、更加持久的无线传感器网络系统的完整解决方案?

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我一直对那些能够解决实际问题的技术书籍情有独钟,《Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks》便是这样一本让我眼前一亮的书。在如今万物互联的时代,无线传感器网络(WSN)扮演着至关重要的角色,它们构成了感知世界的基础。然而,制约WSN大规模部署和长久运行的根本难题,始终是能源供应。电池的寿命有限,更换成本高昂,尤其是在一些难以到达或恶劣的环境中,这个问题显得尤为突出。这本书的标题直接点出了解决之道——“能量采集”,这就像为WSN插上了“翅膀”,让它们能够摆脱对传统电源的束缚,实现真正的自主运行。我迫切地想知道书中将如何深入剖析各种能量采集技术。例如,书中是否会详细介绍如何从环境中的光、热、动能、甚至电磁波中提取能量?每种技术的优势和劣势是什么?在不同的应用场景下,哪种技术是最佳选择?我期待书中能够提供具体的电路设计实例、元器件选型建议,以及如何进行能量采集系统的优化,以达到最高的能量转换效率。更重要的是,我关心书中如何解决能量采集后的存储和管理问题。采集到的能量并非源源不断,如何有效地存储这些能量,并根据WSN节点的实际需求进行智能分配,是实现可靠运行的关键。我希望书中能够提供一些先进的能量存储技术(如超级电容器)和智能能量管理算法,以确保节点能够在不同能量可用性条件下稳定运行。此外,我也希望书中能够探讨能量采集对WSN网络设计的影响。例如,如何设计更低功耗的通信协议,如何优化节点调度策略以充分利用能量,以及如何根据能量分布来调整网络拓扑结构?这本书为我提供了一个深入了解和掌握WSN未来发展方向的绝佳机会。

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这本书的厚度和它所涵盖的主题,都让我感受到一股强大的知识力量。我一直认为,一项技术的真正价值在于它能否解决实际问题,而“Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks”正是这样一本直击痛点的著作。无线传感器网络(WSN)在现代社会的应用日益广泛,但其对电池的依赖,却像是悬在头顶的达摩克利斯之剑,随时可能因为能源耗尽而让整个网络陷入瘫痪。尤其是在那些难以触及、环境恶劣的区域,这种能源供应的挑战更是显而易见。这本书的标题,如同一个充满希望的宣言,它指明了通往解决方案的道路——能量采集。我迫切地想知道,书中是如何揭示能量采集的奥秘的。是否会详细介绍从光、热、动能、射频信号等多种环境中提取能量的技术原理?例如,书中是否会深入探讨不同类型太阳能电池的效率、热电发电器的性能指标、压电材料的能量转换机制,以及射频能量采集的挑战与机遇?我希望书中能够提供一些实际的电路设计案例,以及如何对能量采集系统进行优化,以最大限度地提高能量捕获效率。更重要的是,我非常关心书中如何阐述能量存储和管理的问题。采集到的能量如何被有效存储,并根据节点的运行需求进行智能分配,是确保WSN持续可靠运行的关键。我期待书中能够提供一些先进的能量存储技术,例如超级电容器的应用,以及相关的能量管理算法,这些算法是否能够实现动态的能量调度,以应对能量来源的不确定性?这本书能否为我提供构建低成本、高效率、长寿命无线传感器网络的实用指导?

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在我看来,一本好的技术书籍,不应该仅仅停留在理论的层面,更应该具备指导实践的能力。《Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks》这本书,从它的标题来看,就充满了解决实际工程问题的潜力。无线传感器网络(WSN)在当今社会扮演着越来越重要的角色,但其能源供应的难题,一直是制约其大规模部署和广泛应用的瓶颈。电池的寿命、更换成本、环境影响,这些都是不容忽视的问题。这本书提出的“能量采集”概念,恰恰为解决这些难题提供了新的思路。我非常期待书中能够深入探讨各种能量采集技术的实现细节。例如,书中是否会详细介绍如何设计和优化太阳能收集器,以适应不同的光照条件?如何利用温差发电,实现高效的能量转换?压电材料在捕获机械振动能量方面的应用,是否会有具体的工程案例?射频能量采集技术,在实现低功耗节点自主供能方面,又有哪些突破性的进展?我希望书中不仅仅是介绍这些技术,更能提供一些实用的设计指南,包括元器件的选型、电路的设计、以及如何将能量采集模块集成到传感器节点中,以降低功耗并延长其工作寿命。此外,我同样关注书中对于能量存储和管理策略的论述。采集到的能量如何被有效地存储,并根据节点的实时需求进行智能分配,是确保WSN能够持续稳定运行的关键。我期待书中能够提供一些先进的能量存储技术,例如超级电容器的应用,以及与之相关的能量管理算法,这些算法是否能够实现动态的能量调度,以最大化网络的整体能源利用效率?这本书能否为我提供构建更加自主、更加可靠的无线传感器网络系统的宝贵经验?

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我拿到这本《Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks》时,心中涌起的是一种对技术突破的期待。作为一名在通信领域摸爬滚打多年的工程师,我深知无线传感器网络在各个领域的广泛应用,从环境监测到工业自动化,再到医疗健康,它无处不在。然而,能源供给问题始终是制约其发展和普及的“阿喀琉斯之踵”。更换电池的成本、环境污染、以及在难以触及区域部署的挑战,都让人们不断寻求更优的解决方案。这本书的标题直击要害,它提出的“能量采集”概念,听起来就像是为无线传感器网络注入了永不枯竭的生命力。我非常期待书中能够详细介绍各种能量采集技术的原理和实现方法。比如,太阳能电池板的小型化和效率提升,热电效应在不同温差下的能量转换,压电材料的能量捕获能力,以及从周围环境中搜集微弱射频能量的可能性。我希望书中能够不仅仅停留在理论层面,而是能够提供一些实际的设计指南,包括如何选择合适的能量采集模块,如何优化其在不同环境下的性能,以及如何进行能量采集系统的集成。更令我兴奋的是,书中对于能量管理和分配的论述。我知道,仅仅采集到能量是不够的,如何有效地存储这些能量,并根据节点的实际需求进行智能分配,是实现WSN自主运行的关键。我希望书中能够深入探讨各种能量管理策略,例如基于预期的节点活动、网络通信负载以及能量可用性的动态调整机制。同时,我也期待书中能够提供一些关于能量采集对WSN网络协议和拓扑结构设计影响的见解。例如,是否需要设计新的通信协议来适应能量的间歇性,或者如何根据能量的分布来优化节点的部署和通信路径?这本书的价值在于它能够为我提供一种全新的视角,来理解和设计未来的无线传感器网络,使其更加自主、可靠,并且对环境更加友好。

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这本书的名字《Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks》本身就充满了吸引力,它直接指出了当前无线传感器网络(WSN)发展中一个极为关键的瓶颈——能源供应。随着物联网时代的到来,WSN的应用场景越来越广泛,但许多部署在偏远地区或恶劣环境中的传感器节点,其电池更换的难度和成本成为了巨大的挑战。想象一下,一个能够从环境中自行汲取能量的传感器网络,这将是多么令人兴奋的景象!我非常期待书中能够详细阐述各种能量采集技术的实现原理和工程应用。例如,书中是否会深入探讨如何利用太阳能电池板,在不同光照条件下实现高效的能量收集?如何通过热电效应,将环境中的温差转化为电能?压电材料在捕获机械振动能量方面的潜力又有多大?射频能量采集技术,在实现低功耗节点的自主供能方面,是否有哪些新的进展和挑战?我希望书中能够提供一些具体的电路设计方案、元器件选型建议,以及如何将能量采集模块集成到传感器节点中,以达到最佳的能效比。更令我着迷的是,能量采集到的能量如何被有效地管理和利用。毕竟,能量的来源可能是间歇性的,如何存储这些能量,并根据节点的实际需求进行智能分配,是确保WSN稳定运行的关键。我期待书中能够提供一些先进的能量存储技术,例如超级电容器的应用,以及相关的能量管理算法,这些算法是否能够实现动态的能量调度,以应对能量来源的不确定性,从而最大化网络的整体能源利用效率?这本书是否能够为我提供一套完整的理论框架和实践指导,让我能够成功地设计和部署低功耗、自给自足的无线传感器网络?

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这本书的封面上,那抽象的能量流动图形,如同催化剂一般,点燃了我对“Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks”的无限遐想。作为一名对物联网和嵌入式系统充满热情的研究者,我一直在寻找能够突破现有技术瓶颈的解决方案。无线传感器网络(WSN)无疑是物联网的核心组成部分,但其普遍存在的能源供应问题,极大地限制了其部署规模和应用范围。想象一下,一个完全自主、无需频繁维护的传感器网络,在地球的每一个角落默默地收集信息,这该是多么激动人心的场景!这本书的出现,为我提供了一个窥探未来的窗口。我非常期待书中能够深入剖析各种能量采集技术,不仅仅是简单地罗列,而是能够提供详细的原理阐述、数学模型和性能评估。例如,书中是否会详细讨论如何从太阳能、热能、动能、射频能量等多种来源采集能量,并且对比分析它们的优缺点,以及在不同环境下的适用性?我更希望看到书中能够提供一些具体的工程实践经验,例如如何设计高效的能量采集电路,如何选择合适的能量存储器件(如超级电容器或微型电池),以及如何将能量采集模块集成到微控制器和传感器中。此外,能量管理策略也是我关注的重点。如何有效地利用采集到的能量,避免能量的浪费,确保传感器节点的持续运行,是能量采集技术能否成功的关键。我期待书中能够提供一些创新的能量管理算法,例如基于预测控制、强化学习等方法,以最大化网络的整体能源效率和可靠性。这本书是否能为我提供一套完整的理论框架和实践指南,让我能够成功地设计和部署低功耗、自给自足的无线传感器网络?

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当我翻开《Energy Scavenging for Wireless Sensor Networks》这本书时,脑海中立刻浮现出无数个传感器节点在广阔空间中默默工作的画面。无线传感器网络(WSN)的潜力是巨大的,它们能够帮助我们更深入地了解和监测我们所处的环境,从地下矿井到高空大气,从繁忙的城市到宁静的乡村。然而,这些“眼睛”和“耳朵”的持续运转,离不开能源的支持,而电池的续航能力一直是制约其发挥最大价值的瓶颈。每一次电池的更换,都是一次成本的叠加,一次维护的挑战。这本书的标题“能量采集”,直接指向了解决这个问题的核心。我对此充满了好奇,期待书中能够详细阐述各种能量采集技术。究竟是如何从看似微不足道的环境中汲取能量的?是捕捉那穿透层层云朵的阳光,还是利用那无处不在的温差,亦或是捕获那细微的机械振动?我渴望了解这些技术的底层原理,以及它们在实际应用中的具体实现方式。书中是否会提供详细的电路设计图,元器件的选型指南,以及如何将这些采集模块有效地集成到传感器节点中?更令我关注的是,能量采集到的能量如何被妥善地管理和利用。毕竟,能量的来源可能是不稳定的,如何在能量充沛时储存,在能量匮乏时高效分配,是保证WSN稳定运行的关键。我期待书中能够深入探讨各种能量存储技术,以及与之配套的智能能量管理算法,这些算法是否能够根据节点的任务需求、网络状态以及能量的可用性进行动态调整?这本书是否能够帮助我构建一个更加独立、更加持久的无线传感器网络系统,从而解锁WSN更广阔的应用前景?

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