提出能量收集以確保物聯(lián)網(wǎng)的指數(shù)增長

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的接受度在全球范圍內(nèi)得到了極大的發(fā)展，但是，這一進(jìn)步的速度正在對其專家表示挑戰(zhàn)，他們對此表示擔(dān)憂/擔(dān)心。據(jù)估計(jì)，到2025年，連接到IoT網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備可能會超過750億個的驚人數(shù)字。這使專業(yè)人士的擔(dān)心變得可信，并且需要進(jìn)行充分的準(zhǔn)備，以便所獲得的收益不會消失。

物聯(lián)網(wǎng)專家已經(jīng)預(yù)見到了這樣一種場景，其中大量電子設(shè)備通過通用接口進(jìn)行通信，通常以與云的無線連接為代表。連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量不斷增長，因此，將需要新的傳感器技術(shù)來滿足對由連接設(shè)備的爆炸性增長所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的需求。這將是物聯(lián)網(wǎng)的下一個挑戰(zhàn)。

“我認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)的下一個挑戰(zhàn)將集中在確定哪些設(shè)備將成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分。安森美半導(dǎo)體技術(shù)市場經(jīng)理Greg Rice說：“僅僅因?yàn)樵诩夹g(shù)上可以設(shè)計(jì)智能設(shè)備，并不意味著將每臺設(shè)備都連接到物聯(lián)網(wǎng)就有價值。”

連接的設(shè)備和傳感器將在多個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，包括汽車，工業(yè)自動化，智能家居，消費(fèi)者計(jì)算，農(nóng)業(yè)和移動醫(yī)療。感測，收集和聚合的數(shù)據(jù)將成倍增長，到2025年，估計(jì)每天的數(shù)據(jù)流量將達(dá)到125 EB。管理由連接到IoT的設(shè)備生成的大量數(shù)據(jù)將是一個艱巨的挑戰(zhàn)。

賴斯在解釋挑戰(zhàn)并提出解決方案時指出：“如果物聯(lián)網(wǎng)邊緣生成的每一位數(shù)據(jù)都是通過云發(fā)送的，這可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的擁塞。在物聯(lián)網(wǎng)邊緣執(zhí)行一些基本數(shù)據(jù)分析和聚合，而不是通過云將所有內(nèi)容發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)核心，可能會更有效?！?

能量收集

能量收集對于應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的指數(shù)增長所帶來的挑戰(zhàn)至關(guān)重要。賴斯認(rèn)為，能量收集面臨的挑戰(zhàn)集中在能量收集的效率以及通過能量收集供電的設(shè)備的可靠性上。” 用于能量收集的設(shè)備僅需極少量的功率即可運(yùn)行，其設(shè)計(jì)通常是在技術(shù)性能與降低功耗之間進(jìn)行權(quán)衡的。賴斯強(qiáng)調(diào)說：“通過能量收集而設(shè)計(jì)的設(shè)備所面臨的挑戰(zhàn)是在設(shè)計(jì)過程中找到這些折衷的正確平衡?！?

另一個相關(guān)的挑戰(zhàn)是能量收集的動力來源。在白天，太陽能設(shè)備可以通過利用可用的陽光來高效運(yùn)行。但是，晚上的操作不能說相同。類似地，使用RF功率進(jìn)行能量收集的設(shè)備必須存在具有一定信號強(qiáng)度的RF場。如果部署了更多的射頻場來支持能量收集設(shè)備，則應(yīng)仔細(xì)評估相關(guān)的健康風(fēng)險。

無電池傳感器

安森美半導(dǎo)體為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一套創(chuàng)新的無線，無電池傳感器套件。Smart Passive Sensors?(SPS)設(shè)備系列可監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)邊緣的溫度，壓力，濕度或接近度。由于環(huán)境傳感器通常部署在偏遠(yuǎn)地區(qū)或工廠或建筑物等較廣的區(qū)域，因此頻繁更換電池在經(jīng)濟(jì)上不可行。能量收集，特別是SPS傳感器的RF功率，能夠滿足這一要求。如圖1所示，每個SPS傳感器都是無電池且無微處理器的RFID傳感器標(biāo)簽，帶有天線模塊，可通過符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的UHF Gen 2協(xié)議與RFID閱讀器進(jìn)行無線通信。當(dāng)RF讀取器詢問SPS傳感器時，它會使用從信號中接收到的能量，

圖1：SPS傳感器功能塊

“該傳感器網(wǎng)絡(luò)旨在使用RF能量收集工作。有一個中央傳感器集線器，可通過連接的天線傳輸射頻功率。各個傳感器節(jié)點(diǎn)是無線和無電池的，它們通過將周圍RF場中的能量轉(zhuǎn)換為傳感器節(jié)點(diǎn)上電子設(shè)備的電源來運(yùn)行。”

如圖2所示，每個傳感器集線器都集成了兩個關(guān)鍵模塊：讀取器模塊和處理模塊。讀取器模塊執(zhí)行特定于協(xié)議的功能以與傳感器通信，并將原始傳感器數(shù)據(jù)(EPC，溫度，RSSI，代碼等)暴露給處理模塊。處理模塊匯總并格式化傳感器數(shù)據(jù)以進(jìn)行其他分析。傳感器集線器連接功能包括WiFi，以太網(wǎng)，藍(lán)牙和其他適合將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到云以進(jìn)行進(jìn)一步分析，分析和決策的協(xié)議。

圖2：傳感器集線器框圖

整個傳感器IoT架構(gòu)如圖3所示。傳感器中樞從多個傳感器收集數(shù)據(jù)，并通過云與其他連接的設(shè)備進(jìn)行通信，以在新的應(yīng)用程序和場景中啟用IoT。

圖3：傳感器物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

感應(yīng)模塊的核心是RF Micron的Magnus-S2©傳感器IC，這是一種UHF RFID芯片，由從UHF讀取器收集的RF能量供電。Magnus-S2利用獲得專利的自調(diào)諧Chameleon引擎，該引擎可適應(yīng)RF前端，以在各種環(huán)境條件下優(yōu)化性能。這些傳感器標(biāo)簽在FCC定義的UHF頻帶或ETSI UHF頻帶中起作用。智能無源傳感器的小尺寸和無電池功能使其可以設(shè)計(jì)用于尺寸和可訪問性非常重要的應(yīng)用中。

SPS設(shè)備系列包括：

溫度傳感器，用于被動感應(yīng)金屬，非金屬和陶瓷表面上的溫度。應(yīng)用包括工業(yè)和數(shù)據(jù)中心中的預(yù)測性維護(hù);

濕度傳感器，用于被動感應(yīng)塑料，木材，陶瓷，土壤和灰泥制成的各種表面或制成品上的水分。應(yīng)用包括在不同工業(yè)環(huán)境中的水分含量或泄漏檢測和質(zhì)量控制;

液位傳感器設(shè)計(jì)用于通過諸如塑料之類的薄表面被動感應(yīng)流體。

結(jié)論

連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量不斷增長，其應(yīng)用涉及所有技術(shù)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的成功與擴(kuò)展嚴(yán)格取決于所涉及傳感器的特性和性能。需要新的傳感器技術(shù)來補(bǔ)充傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)。具有云連接功能的無電池?zé)o線傳感器可增強(qiáng)對不同應(yīng)用程序(例如數(shù)據(jù)中心，工業(yè)預(yù)測性維護(hù)，建筑和電力，冷鏈，數(shù)字農(nóng)業(yè)和智能醫(yī)療保健)中環(huán)境條件的監(jiān)控。