CN106655891A - 热释电/压电能量收集器及其集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热释电/压电能量收集器及其集成系统，热释电/压电能量收集集成系统包括热释电/压电能量收集器、电源管理及储能单元、振动监测及温度检测单元以及基于低功耗微控制器的控制系统；热释电/压电能量收集器用于实现微弱振动能量、温差能量的收集；电源管理及储能单元用于电压变换、充电控制及储能；振动监测及温度检测单元用于监测振动状态、检测温差变化；基于低功耗微控制器的控制系统能在低流耗的电源系统可编程定时器控制下锐降系统待机功耗，并可程控控制升压电路、能量管理单元以及电源输出电路。采用本发明能有效实现微弱振动能量、温差能量的收集，满足特殊环境下低功耗智能传感器系统、无线传感网络以及微小型电子系统等的供电需求。
Description
技术领域
本发明涉及热释电、压电、微能量收集以及嵌入式系统等领域，具体涉及一种适合微弱能量收集的热释电/压电能量收集器及其集成系统。
背景技术
随着无线传感网络和可携带电子器件等技术的飞速发展，特别是以低功耗智能传感器系统(如植入式器件)和分布式无线传感器网络的快速发展，从周围环境中收集能量及其相关技术越来越受到广大科研人员关注。和定期充电的移动设备不同，无线传感网络节点或智能传感系统往往需要依靠自身的电池持续工作，且工作环境较差。就目前而言，一次性电池或者可充电电池仍然是首选。尽管电池的储能密度和使用寿命不断提高，但受容量和体积的限制，供能寿命有限，制约无线传感网络节点或智能传感系统的使用寿命。因此，解决如何高效地从周围环境中收集并储存能量，如何解决无线传感网络节点或智能传感系统长期供能相关技术具有十分重要的现实意义。
近年来，针对于低功耗的分布式无线传感器网络和智能传感器系统供能技术的研究主要集中在对各种能量源的采集，以解决这些对于一次性电池或者可充电电池的依赖。研究中，常见的太阳能为最成熟的能量收集来源，如大连理工大学张家宁等利用太阳能板进行能源收集并把能量储存在锂电池给集能式传感器网络机制的节点供电，并进行电池电量和数据包投递率的数据特性分析；其次包括从电磁辐射、超声波、温度梯度、人体运动等获得的能量等，如北京林业大学陈明阔等利用集热管、空气、浅层土壤使温差发电器两端形成有效温差、设计了热电能量收集装置，获得了较好的发电效果；华北电力大学高成刚等基于LTC3588-1和超级电容搭建了振动能量收集装置，对无线传感节点的供电问题进行了研究；南京理工大学李甲胜等为解决超声波热能表的长期供电问题,设计了能量收集系统，利用半导体温差发电片将管道中的热能转化为电能，并采用电池电源和温差发电系统并行设计的方案,避免了温差发电系统能力不足或温度波动等影响,解决了超声波热能表的长期工作供电问题；华北电力大学邬登金等制作了基于压电陶瓷的人体踩压能量收集及利用装置，此装置包括储能和利用两部分。在储能方面，设计了能量收集模块，把压电陶瓷发出的交流电整流后存入超级电容中。就目前研究而言，研究主要集中在如何进行能量采集、如何储能研究较多，但在如何高效进行能量收集并储能方面的研究相对而言较少。
为此，以微电子技术、嵌入式技术为基础，深入开展微弱能量收集及相关技术对于进一步研究低功耗无线传感网络节点或智能传感系统在农业、工业、建筑业、医疗、智能交通和环境监测等领域的应用具有十分重要的意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于有效解决热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器基于热释电、压电效应转换后能量的高效收集、并尽可能地减少集成系统自身能耗等关键技术问题，提供一种基于低功耗微控制器架构的热释电/压电能量收集器及其集成系统。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，热释电/压电能量收集器，包括支架基座、热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器、薄膜型热敏电阻、振动敏感元件、悬臂梁以及质量块，所述支架基座，用于将热释电/压电能量收集器固定在振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及用于热释电/压电能量收集器与振动/发热装置之间的热传导；所述热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器按一定串、并联结构在悬臂梁振动状态下/环境中存在温度梯度和热流等情况下产生电荷；所述薄膜型热敏电阻，粘贴在悬臂梁与热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器之间，用于检测温度及温度变化；所述振动敏感元件，粘贴在热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器与质量块之间，用于监测振动状态；所述悬臂梁，一端连接支架基座，外界振动从基座传递到悬臂梁上，使得悬臂梁振动，产生弯曲变形，该变形使粘贴在悬臂梁上的热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器感受到并随之产生压电效应，将振动能量转换为电能；随着悬臂梁的振动，使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器表面的温度场发生改变，该变化的温度场使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生热释电效应，将温差能量转换为电能；所述质量块，安装在悬臂梁末端，起调节振动频率及提高能量转换能力作用。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，一种热释电/压电能量收集集成系统，包括热释电/压电能量收集器、电源管理及储能单元、振动监测及温度检测单元以及基于低功耗微控制器的控制系统；所述热释电/压电能量收集器用于实时输出振动状态、温差变化相关参量；用于固定在某振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及处于变化的温度场中，以实现振动状态、温差变化的输出以及微弱振动能量、温差能量的收集；所述电源管理及储能单元用于程控升压控制收集随振动/温度改变得到的交流电信号，优化低压交流电压管理；用于AC-DC、DC-DC电压变换；用于实现从低电流、断续或者连续电能对中间储能单元充电；用于将热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生的电压，输出稳定的直流3.3V电压；所述振动监测及温度检测单元，用于监测振动状态、温差变化，便于微控制器优化控制程控升压；所述基于低功耗微控制器的控制系统，在低流耗的电源系统可编程定时器控制下锐降系统待机功耗，并可程控控制升压电路、能量管理单元以及电源输出电路，以实现微弱能量的高效收集、管理以及电源输出控制。
进一步，包括支架基座、热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器、薄膜型热敏电阻、振动敏感元件、悬臂梁以及质量块；所述支架基座，用于将热释电/压电能量收集器固定在振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及用于热释电/压电能量收集器与振动/发热装置之间的热传导；所述热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器按一定串、并联结构在悬臂梁振动状态下/环境中存在温度梯度和热流等情况下产生电荷；所述薄膜型热敏电阻，粘贴在悬臂梁与热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器之间，用于检测温度及温度变化；所述振动敏感元件，粘贴在热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器与质量块之间，用于监测振动状态；所述悬臂梁，一端连接支架基座，外界振动从基座传递到悬臂梁上，使得悬臂梁振动，产生弯曲变形，该变形使粘贴在悬臂梁上的热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器感受到并随之产生压电效应，将振动能量转换为电能；随着悬臂梁的振动，使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器表面的温度场发生改变，该变化的温度场使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生热释电效应，将温差能量转换为电能；所述质量块，安装在悬臂梁末端，起调节振动频率及提高能量转换能力作用。
进一步，所述电源管理及储能单元包括程控升压电路、电源管理单元电路、中间储能单元电路；所述程控升压电路，用于实现经热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器转换后的电信号进行放大；所述电源管理单元电路，即对收集的不稳定的电信号转化为恒定的直流电压输出；用于将收集的能量存储到中间储能单元；所述中间储能单元电路，用于实现从低电流、断续或连续电能对锂离子/锂聚合物电池充电；用于监测电池发热量。
进一步，所述振动监测及温度检测单元包括振动判别电路、桥式温敏电路及前置放大电路；所述振动判别电路，用于检测振动敏感元件导通/断开状态，对振动状态进行判别；所述桥式温敏电路及前置放大电路，用于检测温度变化，并放大信号。
进一步，所述基于低功耗微控制器的控制系统包括微能量收集控制模块和可控电源输出电路，所述微能量收集控制模块，用于实现程控升压电路控制，即通过对振动状态的判别、温差的检测，控制输出一定PFM信号，以实现能量高效收集，用于实现对电源管理单元控制，程控输出特定的恒定直流电压；所述可控电源输出电路，在微控制器控制下，用于在带负载的情况下延迟控制电源输出。
进一步，所述微能量收集控制模块包括微控制器、可编程定时器电路、温度采集及处理模块、振动监测判别模块、可控电源输出模块和睡眠唤醒控制模块；所述微控制器，用于实现微能量收集控制模块、温度采集及处理模块、可控电源输出模块、睡眠唤醒控制模块的控制，以实现微弱能量的最佳收集、管理以及电源输出控制；所述可控电源输出模块，用于在带负载的情况下延迟控制电源输出；所述温度采集及处理模块，用于实现温度信号采集，即通过微控制器内部集成的ADC采集经桥式温敏电路及前置放大电路检测的温度信号，并计算出温差变化，依据温差变化估算热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器收集温差能量转化的电信号大小；所述可控电源输出模块，用于产生在带负载的情况下延迟电源输出控制信号；所述睡眠唤醒控制模块，用于唤醒休眠状态下的微控制器，以实现集成系统高效收集能量；所述振动监测判别模块，用于检测振动敏感元件输出的振动状态信号。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明针对特定热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器，利用低功耗微控制器实现振动状态、温差变化的监测、并依据振动状态、温差变化对程控升压电路进行控制、实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器收集能量的高效收集、储存。它包括热释电/压电能量收集器、电源管理及储能单元、振动监测及温度检测单元以及基于低功耗微控制器的控制系统。该系统具有功耗低、灵敏度高，能够有效实现微弱振动能量、温差能量的收集，满足特殊环境下低功耗智能传感器系统、无线传感网络以及微小型电子系统等供电需求。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1示出了热释电/压电能量收集器及其集成系统结构示意图；
图2示出了程控升压电路原理图；
图3示出了振动状态监测电路原理图；
图4示出了电源管理及中间储能单元电路原理图；
图5示出了微控制器、定可编程时器及可控电源输出电路原理图；
图中，质量块1、振动敏感元件2、热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器3、薄膜型热敏电阻4、悬臂梁5、支架基座6、振动状态判别电路7、桥式温敏检查电路8、前置放大电路9、程控升压电路10、电源管理单元电路11、中间储能单元电路12、微控制器13、电源系统可编程定时器电路14、可控电源输出电路15、温度采集及处理模块16、振动监测判别模块17、可控电源输出模块18、睡眠唤醒控制模块19、微能量收集控制模块20、5倍压整流电路21、PFM控制电路22。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1示出了热释电/压电能量收集集成系统结构示意图，
热释电/压电能量收集器，包括支架基座6、热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器3、薄膜型热敏电阻4、振动敏感元件2、悬臂梁5以及质量块1；
所述支架基座，用于将热释电/压电能量收集器固定在振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及用于热释电/压电能量收集器与振动/发热装置之间的热传导；所述热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器按一定串、并联结构在悬臂梁振动状态下/环境中存在温度梯度和热流等情况下产生电荷；所述薄膜型热敏电阻，粘贴在悬臂梁与热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器之间，用于检测温度及温度变化；所述振动敏感元件，粘贴在热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器与质量块之间，用于监测振动状态；所述悬臂梁，一端连接支架基座，外界振动从基座传递到悬臂梁上，使得悬臂梁振动，产生弯曲变形，该变形使粘贴在悬臂梁上的热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器感受到并随之产生压电效应，将振动能量转换为电能；随着悬臂梁的振动，使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器表面的温度场发生改变，该变化的温度场使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生热释电效应，将温差能量转换为电能；所述质量块，安装在悬臂梁末端，起调节振动频率及提高能量转换能力作用。
热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器3采用传统固相法按一定工艺流程制备不同Zr/Ti组分制备的压电陶瓷片(Zr/Ti:50/50)以及热释电陶瓷片(Zr/Ti:95/5)，并按一定串、并联结构构成热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器。热释电/压电陶瓷片材料组分配比为Pb[(MnxNb1-x)1/2(MnxSb1-x)1/2]y(ZrzTi1-z)1-yO3，其中：0.3≤x≤0.7，0≤y≤0.3，0.85≤z≤0.96，制备主要工艺流程为：首先，将分析纯PbO、ZrO2、TiO2、Nb2O5、Sb2O3粉体原料和Mn(NO3)2溶液按设定的化学计量比配料，经球磨、干燥和过筛后，在850℃保温2小时预烧合成粉料；再通过造粒、干压成型得到直径为17mm、厚度为1.5mm的圆形坯体；坯体通过600℃排胶后，在1180～1300℃坩埚密封气氛中烧结2h以成瓷；将成瓷试样打磨、清洗、被银、烧电极，得到有双面电极的陶瓷片。最后，进行陶瓷片极化，极化条件是：在100～120℃的硅油中极化时间为15～30min，极化电场为3～5kV/mm。阵列结构采用导电胶将多片陶瓷片并列等距粘贴在基底黄铜片上；利用改性丙烯酸酯胶粘剂将薄膜型热敏电阻4粘贴在悬臂梁与5释电/压电陶瓷片阵列能量收集器之间3；支架基座6用于将热释电/压电能量收集器固定某振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及用于热释电/压电能量收集器与某振动/发热装置之间的热传导。
如图所示：一种热释电/压电能量收集集成系统，包括热释电/压电能量收集器A、电源管理及储能单元B、振动监测及温度检测单元C以及基于低功耗微控制器的控制系统D；所述热释电/压电能量收集器用于实时输出振动状态、温差变化相关参量；用于固定在某振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及处于变化的温度场中，以实现振动状态、温差变化的输出以及微弱振动能量、温差能量的收集；所述电源管理及储能单元用于程控升压控制收集随振动/温度改变得到的交流电信号，优化低压交流电压管理；用于AC-DC、DC-DC电压变换；用于实现从低电流、断续或者连续电能对中间储能单元充电；用于将热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生的电压，输出稳定的直流3.3V电压；所述振动监测及温度检测单元，用于监测振动状态、温差变化，便于微控制器优化控制程控升压；所述基于低功耗微控制器的控制系统，在低流耗的电源系统可编程定时器控制下锐降系统待机功耗，并可程控控制升压电路、能量管理单元以及电源输出电路，以实现微弱能量的高效收集、管理以及电源输出控制。
所述电源管理及储能单元包括程控升压电路10、电源管理单元电路11、中间储能单元电路12；所述程控升压电路，用于实现经热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器转换后的电信号进行放大；所述电源管理单元电路，即对收集的不稳定的电信号转化为恒定的直流电压输出；用于将收集的能量存储到中间储能单元；所述中间储能单元电路，用于实现从低电流、断续或连续电能对锂离子/锂聚合物电池充电；用于监测电池发热量。
所述电源管理及储能单元用于程控升压控制收集随振动/温度改变得到的交流电信号，优化低压交流电压管理；用于AC-DC、DC-DC电压变换；用于实现从低电流、断续或者连续电能对中间储能单元(如锂离子/锂聚合物电池、超级电容等)充电；用于将热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生的电压，输出稳定的直流3.3V电压。
所述振动监测及温度检测单元包括振动判别电路7、桥式温敏电路8及前置放大电路9；所述振动判别电路，用于检测振动敏感元件导通/断开状态，对振动状态进行判别；所述桥式温敏电路及前置放大电路，用于检测温度变化，并放大信号。
所述振动状态判别电路7，用于监测振动状态。如图3所示，振动敏感元件2(VBS0301)，它可无方向性(全方位)侦测振动信号，不振动时，处于断开状态，内阻为无穷大，受到振动后就处于导通状态，导通电阻约为50Ω。图3中，T1为振动信号放大三极管，VBS0301处于导通状态时，Shake_sig输出高电平，反之为低电平。该Shake_sig信号与微控制器13(ATtiny13)PB0相连，用于监测振动状态。
所述桥式温敏检查电路8以及前置放大电路9，用于检测温度变化，并放大、滤波温度信号；经Temp_in送到微控制器13(ATtiny13)PB2相连，由微控制器13(ATtiny13)PB2脚相连的内部10位ADC将该模拟信号转换为数字信号，用以实现温差变化检测与判别。
所述基于低功耗微控制器的控制系统包括微能量收集控制模块和可控电源输出电路15，所述微能量收集控制模块，用于实现程控升压电路控制，即通过对振动状态的判别、温差的检测，控制输出一定PFM信号，以实现能量高效收集，用于实现对电源管理单元控制，程控输出特定的恒定直流电压；
所述可控电源输出电路，在微控制器控制下，用于在带负载的情况下延迟控制电源输出。
所述微能量收集控制模块包括微控制器13、可编程定时器电路14、温度采集及处理模块16、振动监测判别模块17、可控电源输出模块18和睡眠唤醒控制模块19；
所述微控制器，用于实现微能量收集控制模块、温度采集及处理模块、可控电源输出模块、睡眠唤醒控制模块的控制，以实现微弱能量的最佳收集、管理以及电源输出控制；所述可控电源输出模块，用于在带负载的情况下延迟控制电源输出；所述温度采集及处理模块，用于实现温度信号采集，即通过微控制器内部集成的ADC采集经桥式温敏电路及前置放大电路检测的温度信号，并计算出温差变化，依据温差变化估算热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器收集温差能量转化的电信号大小；所述可控电源输出模块，用于产生在带负载的情况下延迟电源输出控制信号；所述睡眠唤醒控制模块，用于唤醒休眠状态下的微控制器，以实现集成系统高效收集能量；所述振动监测判别模块，用于检测振动敏感元件输出的振动状态信号。
本发明中，由热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器收集的能量转换为电信号后，经5倍压整流电路21将电信号整流放大，当电压较小时，微控制器输出的较高频率PFM信号控制PFM控制电路22进一步提升V_Vsy，当电压幅度较大，微控制器输出的较低频率PFM信号控制PFM控制电路22适当调整V_Vsy幅度。电压幅度大小与振动幅度、温差变化幅度息息相关。如图4所示，V_Vsy经电源管理单元电路11(LTC3588-1)PZ1端口引入，电源管理单元电路11将热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生的电压，输出稳定的直流3.3V电压给可控电源输出电路15、微控制器13(ATiny13)以及通过电源管理单元电路11的Vin引脚给中间储能单元电路12(2片LTC4701构成的充电电路)充电，实现能量的收集与储能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.热释电/压电能量收集器，其特征在于：包括支架基座(6)、热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器(3)、薄膜型热敏电阻(4)、振动敏感元件(2)、悬臂梁(5)以及质量块(1)；
所述支架基座，用于将热释电/压电能量收集器固定在振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及用于热释电/压电能量收集器与振动/发热装置之间的热传导；
所述热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器按一定串、并联结构在悬臂梁振动状态下/环境中存在温度梯度和热流等情况下产生电荷；
所述薄膜型热敏电阻，粘贴在悬臂梁与热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器之间，用于检测温度及温度变化；
所述振动敏感元件，粘贴在热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器与质量块之间，用于监测振动状态；
所述悬臂梁，一端连接支架基座，外界振动从基座传递到悬臂梁上，使得悬臂梁振动，产生弯曲变形，该变形使粘贴在悬臂梁上的热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器感受到并随之产生压电效应，将振动能量转换为电能；随着悬臂梁的振动，使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器表面的温度场发生改变，该变化的温度场使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生热释电效应，将温差能量转换为电能；
所述质量块，安装在悬臂梁末端，起调节振动频率及提高能量转换能力作用。
2.一种热释电/压电能量收集集成系统，其特征在于：包括热释电/压电能量收集器(A)、电源管理及储能单元(B)、振动监测及温度检测单元(C)以及基于低功耗微控制器的控制系统(D)；
所述热释电/压电能量收集器用于实时输出振动状态、温差变化相关参量；用于固定在某振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及处于变化的温度场中，以实现振动状态、温差变化的输出以及微弱振动能量、温差能量的收集；
所述电源管理及储能单元用于程控升压控制收集随振动/温度改变得到的交流电信号，优化低压交流电压管理；用于AC-DC、DC-DC电压变换；用于实现从低电流、断续或者连续电能对中间储能单元充电；用于将热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生的电压，输出稳定的直流3.3V电压；
所述振动监测及温度检测单元，用于监测振动状态、温差变化，便于微控制器优化控制程控升压；
所述基于低功耗微控制器的控制系统，在低流耗的电源系统可编程定时器控制下锐降系统待机功耗，并可程控控制升压电路、能量管理单元以及电源输出电路，以实现微弱能量的高效收集、管理以及电源输出控制。
3.根据权利要求2所述的热释电/压电能量收集集成系统，其特征在于：所述热释电/压电能量收集器，包括支架基座(6)、热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器(3)、薄膜型热敏电阻(4)、振动敏感元件(2)、悬臂梁(5)以及质量块(1)；
所述支架基座，用于将热释电/压电能量收集器固定在振动/发热装置上，以实现热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器同步振动，以及用于热释电/压电能量收集器与振动/发热装置之间的热传导；
所述热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器按一定串、并联结构在悬臂梁振动状态下/环境中存在温度梯度和热流等情况下产生电荷；
所述薄膜型热敏电阻，粘贴在悬臂梁与热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器之间，用于检测温度及温度变化；
所述振动敏感元件，粘贴在热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器与质量块之间，用于监测振动状态；
所述悬臂梁，一端连接支架基座，外界振动从基座传递到悬臂梁上，使得悬臂梁振动，产生弯曲变形，该变形使粘贴在悬臂梁上的热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器感受到并随之产生压电效应，将振动能量转换为电能；随着悬臂梁的振动，使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器表面的温度场发生改变，该变化的温度场使热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器产生热释电效应，将温差能量转换为电能；
所述质量块，安装在悬臂梁末端，起调节振动频率及提高能量转换能力作用。
4.根据权利要求2所述的热释电/压电能量收集集成系统，其特征在于：所述电源管理及储能单元包括程控升压电路(10)、电源管理单元电路(11)、中间储能单元电路(12)；
所述程控升压电路，用于实现经热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器转换后的电信号进行放大；所述电源管理单元电路，即对收集的不稳定的电信号转化为恒定的直流电压输出；用于将收集的能量存储到中间储能单元；
所述中间储能单元电路，用于实现从低电流、断续或连续电能对锂离子/锂聚合物电池充电；用于监测电池发热量。
5.根据权利要求2所述的热释电/压电能量收集集成系统，其特征在于：所述振动监测及温度检测单元包括振动判别电路(7)、桥式温敏电路(8)及前置放大电路(9)；
所述振动判别电路，用于检测振动敏感元件导通/断开状态，对振动状态进行判别；
所述桥式温敏电路及前置放大电路，用于检测温度变化，并放大信号。
6.根据权利要求5所述的热释电/压电能量收集集成系统，其特征在于：所述基于低功耗微控制器的控制系统包括微能量收集控制模块和可控电源输出电路(15)，所述微能量收集控制模块，用于实现程控升压电路控制，即通过对振动状态的判别、温差的检测，控制输出一定PFM信号，以实现能量高效收集，用于实现对电源管理单元控制，程控输出特定的恒定直流电压；所述可控电源输出电路，在微控制器控制下，用于在带负载的情况下延迟控制电源输出。
7.根据权利要求6所述的热释电/压电能量收集集成系统，其特征在于：所述微能量收集控制模块包括微控制器(13)、可编程定时器电路(14)、温度采集及处理模块(16)、振动监测判别模块(17)、可控电源输出模块(18)和睡眠唤醒控制模块(19)；
所述微控制器，用于实现微能量收集控制模块、温度采集及处理模块、可控电源输出模块、睡眠唤醒控制模块的控制，以实现微弱能量的最佳收集、管理以及电源输出控制；
所述可控电源输出模块，用于在带负载的情况下延迟控制电源输出；
所述温度采集及处理模块，用于实现温度信号采集，即通过微控制器内部集成的ADC采集经桥式温敏电路及前置放大电路检测的温度信号，并计算出温差变化，依据温差变化估算热释电/压电陶瓷片阵列能量收集器收集温差能量转化的电信号大小；
所述可控电源输出模块，用于产生在带负载的情况下延迟电源输出控制信号；
所述睡眠唤醒控制模块，用于唤醒休眠状态下的微控制器，以实现集成系统高效收集能量；
所述振动监测判别模块，用于检测振动敏感元件输出的振动状态信号。
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