互聯(lián)網(wǎng)之后的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)疑預示著(zhù)更大的發(fā)展機遇，眾多科技巨頭不謀而合紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。有機構預測，到2020年聯(lián)網(wǎng)設備的總數將達到甚至超過(guò)500億，物聯(lián)網(wǎng)將把家庭中的很多設備囊括進(jìn)來(lái)，其中小到智能恒溫器，可穿戴設備名大到智能電冰箱，蓄勢已久的物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)在即。下圖匯總了各家機構和公司對物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規模的預測。
電池更換成無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)應用拓展“攔路虎”
“到2020年全球有500億部的設備/器件會(huì )被連接到網(wǎng)絡(luò )，其中將有超過(guò)50億是無(wú)線(xiàn)連接的，占到10%-20%連，這意味著(zhù)至少有50億的無(wú)線(xiàn)傳感器需要供電。每年更換巨量的電池將造成極大的浪費，環(huán)境污染、高額人工維護費用勢必嚴重制約無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)發(fā)展。供電問(wèn)題無(wú)疑成為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)將面臨的巨大挑戰。”Cypress半導體模擬芯片產(chǎn)品經(jīng)理李冬冬表示。
無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)自20世紀90年代末提出研究以來(lái)，由于其巨大應用價(jià)值已經(jīng)引起了各國軍事部門(mén)、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注。例如，DAIRYMASTER是一家歐洲奶酪業(yè)設備廠(chǎng)家，開(kāi)發(fā)了一套自動(dòng)發(fā)情檢測系統Moo-Monitor，可以對母牛進(jìn)行24小時(shí)監測，一旦牛出現發(fā)情狀況，Moo-Monitor會(huì )將信息告訴農場(chǎng)主，準確率可以達到88.6%。如果這個(gè)系統在美國得到普及，可以提高3億美金的奶酪產(chǎn)量。
不過(guò)，為成千上萬(wàn)頭奶牛c監測設備的電池卻無(wú)疑是一場(chǎng)噩夢(mèng)！使無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)不間斷工作成為當下這類(lèi)系統面臨的巨大挑戰。在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )的應用過(guò)程中，無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)的電池能量是眾多制約條件中最為重要也是最為致命的關(guān)鍵因素。
利用能量采集技術(shù)使無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)從環(huán)境中采集能量，具有能量補充的能力，從而使無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)避免能量單向遞減過(guò)程，并進(jìn)一步利用能量管理與能量轉移技術(shù)達到無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)的永久壽命與無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)使用的目的。那么，其工作原理是怎樣的呢？無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)通過(guò)溫度、濕度、亮度、壓力等傳感器感應環(huán)境狀態(tài)，在微計算機進(jìn)行數據處理后，通過(guò)無(wú)線(xiàn)向云網(wǎng)絡(luò )發(fā)送數據，完成進(jìn)一步的能量采集。
目前無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)已成功運用到工業(yè)、農業(yè)、智能家居等領(lǐng)域，帶來(lái)不俗的經(jīng)濟效益，隨著(zhù)能源采集技術(shù)的完善成熟，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)應用會(huì )更加廣闊。
例如，Misfit此前發(fā)布紫羅蘭版施華洛世奇Shine是世界上首款不需充電或更換電池的運動(dòng)睡眠追蹤器，用戶(hù)可以把手環(huán)暴露在陽(yáng)光、LED燈光或鹵素燈下進(jìn)行充電。它具備Shine的主要硬件功能，包括記步、睡眠質(zhì)量和卡路里消耗檢測等基本功能，防水深度可達50米。在外觀(guān)設計方面，紫羅蘭版施華洛世奇Shine的表盤(pán)水晶就是一個(gè)小型太陽(yáng)能電池板，可以有效地采集、貯蓄太陽(yáng)能并給設備供電。
低功耗、高集成，能量采集技術(shù)成就“綠色”物聯(lián)網(wǎng)
而在工業(yè)、軍事應用和環(huán)境監測等將配備成千上萬(wàn)數量的無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)的應用場(chǎng)合，人們更是無(wú)法也不可能對電池能量耗盡的節點(diǎn)進(jìn)行一一更換的。例如為了監測大象海豹從美國東海岸游回到阿拉斯加的路線(xiàn)，需要在海豹身上放一個(gè)檢測器，如使用電池進(jìn)行供電，其能量只能提供一半路程的能耗，能量采集技術(shù)顯然成為更佳的供電方式，檢測器可在海豹游泳和潛水時(shí)利用太陽(yáng)能和力學(xué)能源進(jìn)行發(fā)電。
能量采集系統由能量采集、能量控制、能量消耗三部分組成。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，目前存在眾多的能量轉換技術(shù)，使無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)能夠從環(huán)境中采集或收獲能量，如日常生活中最常見(jiàn)的光能、動(dòng)能和熱能。與無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)相似，能量采集技術(shù)也是與應用環(huán)境密切相關(guān)的。其中最常用的有太陽(yáng)能電池技術(shù)，此外還有振動(dòng)取電、溫差取電以及依賴(lài)機械運動(dòng)引發(fā)等各種能量轉換技術(shù)。
Cypress最新研發(fā)的超低功耗、超高集成度能量采集模塊，可替代傳統型的“藍牙芯片+天線(xiàn)模式+硬幣電池”方案。只需要一平方厘米的串聯(lián)太陽(yáng)能面板電池就可以讓這個(gè)模塊中的PMIC芯片和藍牙模塊工作起來(lái)，使得消耗最低電力和最小尺寸的無(wú)電池無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的設計成為可能。
Gartner去年公布的新興技術(shù)周期圖顯示，2015年IoT成為最被期待的新興技術(shù)，與之相關(guān)的IOT平臺同樣受到強烈的關(guān)注，未來(lái)5到10年IoT技術(shù)將趨于成熟。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的普及是大勢所趨，可以預見(jiàn)電池供電的局限性將日益突顯，日益成熟的能量采集技術(shù)勢必逐漸取代電池，成為無(wú)線(xiàn)傳感器的標配。
移動(dòng)設備訪(fǎng)問(wèn)
