近些年来,环境能量收集技术日益成为科技发展的焦点。发展能量收集技术,一方面是为了充分利用环境中的可再生能源,如应用于清洁能源汽车等领域,以应对环境污染气候变暖、化石能源消耗等问题;另一方面是因为目前MEMS无人值守网络通信节点等领域需求长期可靠、无需频繁人工维护的能量供应,这就要求节点的能源管理系统要能够稳定地从环境中收集能源以维持自身运转,为此通常需要使用微型能量收集器件。目前国内外研究对微型能量器件建立的分析模型主要是simulink模型,这种单纯的数学模型无法形成硬件电路,也难以和将来可实现的信号放大电路、能量管理电路等模块的硬件模型连接,形成一个复合的能源系统模型,从而限制了对复合能源系统行为更精确的分析和预测。本文首先建立了光伏电池、压电能量收集器和锂电池的数学模型,并在以上数学模型的基础上利用硬件描述语言Verilog建立硬件电路模型,其中各个模型的参数都需要通过实验方法测量得到。这些模型中光伏电池模型采用单管等效电路模型,输入工况电压与光照强度参数,得到电流输出;压电能量采集器模型采用悬臂梁等效电路模型,输入正弦加速度信号参数,得到共振频率和实时电压输出;锂电池模型采用PNGV等效电路模型,输入电流参数,计算锂电池当前荷电状态SOC并得到实时电压输出。硬件程序设计方面,首先设计加、减、乘、除、e指数运算等基本运算模块并利用其完成了光伏电池和锂电池的verilog模型设计,同时设计三角函数cordix运算模块和二阶微分方程运算模块,利用其完成了压电能量收集器的verilog模型设计。硬件电路模型搭建完毕后,添加顶层模块和指令模块等,将各分立器件模型整合并利用FPGA上板验证,实现了利用PC向FPGA发送模块选择指令并输入实验参数,并经FPGA计算后得到输出结果的功能。将运行结果与实验验证所得数据进行对比,两者在一定程度上吻合,即证实了所建立硬件电路模型的准确性。利用该模型获取的数据,可以较好地描述光伏电池、压电能量收集器以及锂电池的电压、电流、功率等的变化,为优化、设计有关电路模型提供参考。