基于复合能量自供电的河流监测传感器节点设计∗

邢 俊李 敏∗石常龙王 超李 玲冒晓莉张加宏

(1.南京信息工程大学电子与信息工程学院，南京210044；2.南京信息工程大学，江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，南京210044)

近些年，伴随着全球气候的恶化，各种自然灾害不断加剧，而洪水灾害是目前人们所面对的重大的突发性自然灾害之一[1]。由于洪涝灾害具有的突发性的特点，要进行灾害的预警预报需要对河流的相关信息进行准确的采集。

无线传感器网络由于功耗低与成本低等特点，被广泛地应用于数据采集与监控系统中[2－4]，但驱动其工作的化学电池能量有限、在河流监测这样的需要大量部署传感器节点的应用场景下[5－6]，虽然可以通过改进算法不断降低节点功耗[7]，但仍会消耗较多的能量，这使得无线传感节点寿命很大程度上依赖电池的寿命。同时大量电池的采用，将在其制造、使用和废弃中产生污染，对环境形成严峻压力，最终影响无线传感网的持续发展。因此，寻找新的高效能量供给方式显得十分必要且迫切。

目前采集机械振动能量转换成电能为智能终端供电已经是一种常见方案。在机械能收集的研究中，已报道的多种能量收集器采用了压电[8－9]、电磁[10]、摩擦[11]等多种换能原理。2015年斯坦福大学牛思淼[12]利用摩擦起电以及静电感应的耦合作用，发明了一种多层复合的摩擦纳米发电机。朱杰[13]则提出了一种摩擦－压电复合纳米发电机，整流后的输出能够点亮50盏LED灯；中北大学温涛[14]设计了磁悬浮式电磁－摩擦复合生物机械能量采集器，对可穿戴设备实现自供电。……