現今無線傳感器節點大多使用電池供電，因此建置完成后仍須耗費龐大的人力和物力成本進行維護；而具備低功率能量采集技術的傳感器，則可實現幾乎無止境的運作，能顯著節省維護成本，特別是當此一傳感器是被裝置在人煙罕至的地區時。

　　智能環境意味著未來家庭與建筑物的自動化。這些自動化須仰賴各種不同的傳感器、控制器及致動器，這些元件扮演多元角色，并分布在整個環境中，而這樣的分布形成了一些技術挑戰。舉例來說，每一個傳感器都需要有自己的電源，監控低電池狀況也是一項標準作業程序；然而，更換電池需要人力協助。本文旨在提出一種采用能量采集（Energy Harvesting）型、低功率傳感器的解決方案；當傳感器須傳送相當數量的資料，或是執行定期測量時，這種由能量采集所驅動的無線傳感器，就顯得再合適不過了。能量采集技術的使用可讓這些傳感器在數年期間內完全免維護，而使用電池的傳感器則可能在幾個月內就耗盡能量。

　　現今已有各種無線傳感器的實施方式可供選擇，但是系統整體成本并不僅僅取決于硬件而已，根據不同產業標準所實施的成本，也會導致整體成本的增加。其中所包括的不僅是額外的硬件與軟件需求，同時也包括了一些較不明顯的項目，像是ZigBee及藍牙（Bluetooth）4.0等通訊技術（圖1）認證的費用，甚至可能會有權利金的支出。

　　圖1　有線與無線連接環境示意圖

　　本文提供一些簡單的低功率、能量采集方案，可被用來實現免維護的無線傳感器。此外，還會說明如何在提供穩定的效能之際，還能壓低整體成本，特別是針對那些具成本效益的無線網絡區域。

　　導入能量采集技術　無線傳感器可靠度增加

　　能量采集系統基本上可儲存能量（無論是使用NiMH這類的可充電式電池或使用超級電容），以供稍后有需要時使用。能量采集型無線傳感器與電池驅動型傳感器主要的差異在于電池驅動型無線傳感器是被設計成在特定的一段時間內，以電池來進行運作，除此之外，這兩者基本上是相同的。能量采集型傳感器節點所具備的優勢在于它可無限期地采集能量，以供日后所需。通常，它可以采集到的數量或能量是很有限的（受限于價格或實際尺寸），所以，無線發射器及傳感器本身所使用的能量必須有所平衡，如此才不會過量消耗采集技術所提供的能量。

　　目前市場上有著各種能量采集元件可供選擇。最常見的使用元件是太陽能板。它們有著不同的大小，包括串聯或并聯多個太陽能電池組成的大型太陽能板，以及使用于手持式計算機或玩具上非常小型的太陽能電池等。

　　另一種型態就是射頻（RF）采集元件。這種元件使用天線來接收無線電波，并且將它們轉化成電能。這是一種型態較為不同的能量采集元件，它需要高單位的射頻能量。電機（Electro-mechanical）采集元件通常使用在電感線圈附近使用動態的磁性元件。熱電（Thermo-electrical）能量采集元件可自溫差產生小量的電能，這些熱電元件是根據塞貝克效應（Seebeck Effect）原理運作。

　　當傳感器或控制器加入無線能力時，一些經驗不足的使用者多僅會考慮采用ZigBee或藍牙這類的射頻產業標準。然而，依據實際應用需求的不同，特定標準可能無法滿足現實的真正需求。一般情況下，通常是當最終產品必須與目前存在于市面上的產品相容時，才有必要采用特定標準。制造一款與其他產品相容的產品，確實是一個較復雜的商業決策，在考慮是否要提供相容性時，須謹慎考量其中的利弊。在有些情況下，相容性可能是必要的（如用于行動電話的耳機麥克風），但在其他一些情況下，增加相容性則是不可能做到的，或是成本會變得太過昂貴（如簡單的紅外線遙控器）。

　　通訊技術認證成本高　射頻發射器設計考量多

　　許多時候，當設計人員計畫要實施一項特定的射頻標準時，僅注意到整體的硬件成本，反而忽略實施某項標準的成本。任何射頻發射器都須要經過認證，且非射頻發射器仍然須經過FCC或CE的認證。然而，它們的運作較為簡單及便宜。對于任何無線傳感器而言，FCC認證是無可避免的，所以當設計人員在比較不同解決方案時，這項成本因素是可以擱在一旁的。

　　使用標準的整體成本將視所實施的無線標準為何而定，可能會比原先所預期的高出很多。如果是使用特別標準的成本，將遠比僅是硬件與軟件的成本高出甚多。這些成本通常來自于組織會員資格、標準符合性測試、特定的特性測試、特定的硬件Sniffer工具等。ZigBee的認證成本大約在3，000美元，這僅只是認證本身的費用而已。但實際上，在申請任何認證之前，我們須進行一些特定的預先測試，以及估計這個元件是否可以通過此項認證。專業的測試設備能以每月 750美元的費用租用。

　　乍看之下，這些額外成本似乎不是非常高，然而，許多時候采用特定標準也讓用戶必須付出會員資格的成本，也可能是必須給付的權利金。射頻標準的認證成本總是轉化成額外的成本以及額外的延誤，一直到產品上市為止。

　　硬件本身的單位成本通常是每一萬個單位時，會落在1-1.5美元這個范圍內。當僅生產低數量的產品時，所有的上述成本將會對每單位的整體成本造成影響。假如我們僅將FCC納入考量，認證的成本大約是10，000美元，而這樣的情況將導致單位價格倍增。射頻標準的認證（認證本身的成本、預先測試以及射頻測試設備）將很輕易地就超過10，000美元，造成不小的成本壓力。