物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的可接受性在全球范圍內(nèi)大幅增長，但這種進(jìn)展的速度對其專家構(gòu)成了挑戰(zhàn)，他們對其未來表示擔(dān)憂/恐懼。據(jù)估計，到 2025 年，連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備可能會超過 750 億臺的驚人數(shù)字。這讓專業(yè)人士的擔(dān)憂和充分準(zhǔn)備的必要性相信，這樣所取得的收益就不會消失。

物聯(lián)網(wǎng)專家已經(jīng)預(yù)見到一種場景，即過多的電子設(shè)備通過一個通用接口進(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，因此需要新的傳感器技術(shù)來支持連接設(shè)備爆炸性增長所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需求。這將是物聯(lián)網(wǎng)面臨的下一個挑戰(zhàn)。

“我相信物聯(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。僅僅因為設(shè)計智能設(shè)備在技術(shù)上是可行的，并不一定意味著讓每個設(shè)備都連接到物聯(lián)網(wǎng)是有價值的，”安森美半導(dǎo)體技術(shù)營銷經(jīng)理 Greg Rice 說。

互聯(lián)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)計算、農(nóng)業(yè)和移動健康。感知、收集和聚合的數(shù)據(jù)將呈指數(shù)級增長，預(yù)計到 2025 年每天的數(shù)據(jù)流量將達(dá)到 125 EB。管理這些由連接到物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備生成的大量數(shù)據(jù)將是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

在闡述挑戰(zhàn)并提出前進(jìn)的道路時，賴斯說：“如果在物聯(lián)網(wǎng)邊緣生成的每一位數(shù)據(jù)都通過云發(fā)送，這可能會造成網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施擁塞。在物聯(lián)網(wǎng)邊緣執(zhí)行一些基本數(shù)據(jù)分析和聚合可能更有效，而不是通過云將所有內(nèi)容發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)核心”。

能量收集

能量收集對于應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備呈指數(shù)增長所帶來的挑戰(zhàn)至關(guān)重要。Rice 認(rèn)為，能量收集的挑戰(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)備以非常小的功率運(yùn)行，它們的設(shè)計多次在技術(shù)性能和降低功耗之間進(jìn)行權(quán)衡?！霸O(shè)計為通過能量收集運(yùn)行的設(shè)備的一個挑戰(zhàn)是在設(shè)計過程中找到這些權(quán)衡的正確平衡，”賴斯強(qiáng)調(diào)說。

另一個相關(guān)挑戰(zhàn)是能量收集的電源。在白天，太陽能設(shè)備可以通過利用可用的陽光有效地運(yùn)行。然而，它在夜間的運(yùn)行卻并非如此。同樣，使用射頻功率進(jìn)行能量收集的設(shè)備必須處于具有特定信號強(qiáng)度的射頻場中。如果部署更多 RF 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)計了一套創(chuàng)新的無線和無電池傳感器套件。Smart Passive Sensors? (SPS) 設(shè)備系列可以監(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)或廣泛區(qū)域，例如工廠或建筑物，因此頻繁更換電池在經(jīng)濟(jì)上并不可行。能量收集，尤其是 SPS 傳感器的射頻功率，能夠滿足這一要求。如圖 1 所示，每個 SPS 傳感器都是無電池和無微處理器的 RFID 傳感器標(biāo)簽，帶有用于無線通信的天線塊，通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UHF Gen 2 協(xié)議，帶有 RFID 閱讀器。當(dāng)射頻閱讀器詢問 SPS 傳感器時，它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)旨在使用射頻能量收集工作。有一個中央傳感器集線器，它通過連接的天線傳輸射頻功率。單個傳感器節(jié)點是無線且無需電池的，它們通過將周圍 RF 場中的能量轉(zhuǎn)換為傳感器節(jié)點上的電子設(shè)備的電源來運(yùn)行”，Rice 解釋說。

如圖 2 所示，每個傳感器集線器都集成了兩個關(guān)鍵塊：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。處理模塊聚合和格式化傳感器數(shù)據(jù)以進(jìn)行額外分析。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

傳感器物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)如圖3所示。傳感器集線器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，使物聯(lián)網(wǎng)在新的應(yīng)用和場景中成為可能。

圖 3：傳感器物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

傳感塊的核心是來自 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 采用獲得專利的自調(diào)整變色龍引擎，可調(diào)整射頻前端以優(yōu)化各種環(huán)境條件下的性能。這些傳感器標(biāo)簽在 FCC 定義的 UHF 頻段或 ETSI UHF 頻段中起作用。智能無源傳感器的小尺寸和無電池功能使其能夠被設(shè)計到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，設(shè)計用于被動感應(yīng)金屬、非金屬和陶瓷表面的溫度。應(yīng)用包括工業(yè)和數(shù)據(jù)中心的預(yù)測性維護(hù)；

濕度傳感器，設(shè)計用于被動感應(yīng)塑料、木材、陶瓷、土壤和石膏制成的各種表面或成品上的濕度。應(yīng)用包括不同工業(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)計用于通過塑料等薄表面被動感應(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，應(yīng)用涉及所有技術(shù)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的成功和擴(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)用中環(huán)境條件的監(jiān)測，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。

? ? ? 審核編輯：郭婷