《電子技術(shù)應(yīng)用》
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物聯(lián)網(wǎng)繼續(xù)變“綠” Cypress極小能源收集方案受關(guān)注

2016-02-25

  互聯(lián)網(wǎng)之后的物聯(lián)網(wǎng)無疑預(yù)示著更大的發(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(gòu)預(yù)測,,到2020年聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的總數(shù)將達到甚至超過500億,物聯(lián)網(wǎng)將把家庭中的很多設(shè)備囊括進來,其中小到智能恒溫器,可穿戴設(shè)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(gòu)和公司對物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模的預(yù)測。

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  不過隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的與日俱增,,如何解決供電和節(jié)能問題是一個不可繞過的挑戰(zhàn),,如何使物聯(lián)網(wǎng)變得綠色環(huán)保成為越來越受關(guān)注的話題!在近日由EEVIA聯(lián)合IC咖啡主辦的“2016中國ICT媒體論壇和產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會”上,,針對物聯(lián)網(wǎng)趨勢下的傳感器供電問題,,Cypress半導體模擬芯片產(chǎn)品經(jīng)理李冬冬先生向在場的記者和工程開發(fā)者展示了能量收集技術(shù)解決方案,并介紹了最新的超低功耗,、高集成度的全球最小尺寸能量收集芯片,,可大幅減少電池使用數(shù)量,增加傳感器節(jié)點的應(yīng)用場景可能,,讓無電池綠色環(huán)保物聯(lián)網(wǎng)的夢想照進現(xiàn)實,。

  電池更換成無線傳感網(wǎng)應(yīng)用拓展“攔路虎”

  “到2020年全球有500億部的設(shè)備/器件會被連接到網(wǎng)絡(luò),其中將有超過50億是無線連接的,,占到10%-20%連,,這意味著至少有50億的無線傳感器需要供電。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線傳感網(wǎng)發(fā)展。供電問題無疑成為無線傳感網(wǎng)將面臨的巨大挑戰(zhàn),?!崩疃U述道。

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  無線傳感網(wǎng)自20世紀90年代末提出研究以來,,由于其巨大應(yīng)用價值已經(jīng)引起了各國軍事部門,、工業(yè)界和學術(shù)界的極大關(guān)注。例如,,DAIRYMASTER是一家歐洲奶酪業(yè)設(shè)備廠家,,開發(fā)了一套自動發(fā)情檢測系統(tǒng)Moo-Monitor,可以對母牛進行24小時監(jiān)測,一旦牛出現(xiàn)發(fā)情狀況,,Moo-Monitor會將信息告訴農(nóng)場主,準確率可以達到88.6%,。如果這個系統(tǒng)在美國得到普及,,可以提高3億美金的奶酪產(chǎn)量。

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  不過,,為成千上萬頭奶牛更換監(jiān)測設(shè)備的電池卻無疑是一場噩夢,!使無線傳感網(wǎng)不間斷工作成為當下這類系統(tǒng)面臨的巨大挑戰(zhàn)。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過程中,,無線傳感節(jié)點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,。

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  利用能量收集技術(shù)使無線傳感節(jié)點從環(huán)境中收集能量,具有能量補充的能力,,從而使無線傳感節(jié)點避免能量單向遞減過程,,并進一步利用能量管理與能量轉(zhuǎn)移技術(shù)達到無線節(jié)點的永久壽命與無線傳感網(wǎng)絡(luò)無線使用的目的。那么,,其工作原理是怎樣的呢,?無線傳感節(jié)點通過溫度、濕度,、亮度,、壓力等傳感器感應(yīng)環(huán)境狀態(tài),在微計算機進行數(shù)據(jù)處理后,,通過無線向云網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù),,完成進一步的能量收集。

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  目前無線傳感網(wǎng)已成功運用到工業(yè),、農(nóng)業(yè),、智能家居等領(lǐng)域,帶來不俗的經(jīng)濟效益,,隨著能源收集技術(shù)的完善成熟,,無線傳感網(wǎng)應(yīng)用會更加廣闊。李冬冬展示了幾個采用 Cypress太陽能供電方案的無電池無線傳感節(jié)點應(yīng)用場景案例:

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  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睡眠追蹤器,,用戶可以把手環(huán)暴露在陽光、LED 燈光或鹵素燈下進行充電,。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,。在外觀設(shè)計方面,紫羅蘭版施華洛世奇Shine的表盤水晶就是一個小型太陽能電池板,,可以有效地收集,、貯蓄太陽能并給設(shè)備供電,。

  而在工業(yè)、軍事應(yīng)用和環(huán)境監(jiān)測等將配備成千上萬數(shù)量的無線傳感節(jié)點的應(yīng)用場合,,人們更是無法也不可能對電池能量耗盡的節(jié)點進行一一更換的,。例如為了監(jiān)測大象海豹從美國東海岸游回到阿拉斯加的路線,需要在海豹身上放一個檢測器,,如使用電池進行供電,,其能量只能提供一半路程的能耗,能量收集技術(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利用太陽能和力學能源進行發(fā)電,。

  低功耗、高集成,,能量收集技術(shù)成就“綠色”物聯(lián)網(wǎng)

  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5到10年IoT技術(shù)將趨于成熟,。無線傳感網(wǎng)的普及是大勢所趨,可以預(yù)見電池供電的局限性將日益突顯,,日益成熟的能量收集技術(shù)勢必逐漸取代電池,,成為無線傳感器的標配。

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  能量收集系統(tǒng)由能量收集,、能量控制,、能量消耗三部分組成。隨著技術(shù)的進步,,目前存在眾多的能量轉(zhuǎn)換技術(shù),,使無線傳感節(jié)點能夠從環(huán)境中采集或收獲能量,如日常生活中最常見的光能,、動能和熱能,。與無線傳感網(wǎng)相似,能量采集技術(shù)也是與應(yīng)用環(huán)境密切相關(guān)的,。其中最常用的有太陽能電池技術(shù),,此外還有振動取電、溫差取電以及依賴機械運動引發(fā)等各種能量轉(zhuǎn)換技術(shù),。

  能量轉(zhuǎn)換的方式不同,,能量收集技術(shù)要求卻是殊途同歸。除了模塊本身需要低功耗,,還要考慮特殊的應(yīng)用場景,,比如在光照弱的地方、對空間/尺寸要求極嚴格的環(huán)境條件等等?!澳芰渴占⒉皇呛唵蔚亟由咸柲苊姘寰涂梢粤?,還需要存儲的計算和穩(wěn)壓的過程,計算的數(shù)量級是很大的,,基于能量收集,、轉(zhuǎn)換、存儲的無線傳感網(wǎng)設(shè)計工作也非常復(fù)雜,,需要模擬技術(shù)經(jīng)驗,而且占位面積和尺寸要非常小,。這些都是工程師所面臨的挑戰(zhàn),,Cypress正致力于幫助解決這些挑戰(zhàn)?!崩疃硎?。

  他向論壇現(xiàn)場觀眾展示了Cypress最新研發(fā)的超低功耗、超高集成度能量收集模塊,,可替代傳統(tǒng)型的“藍牙芯片+天線模式+硬幣電池”方案,,可幫助工程師實現(xiàn)完美設(shè)計,只需要一平方厘米的串聯(lián)太陽能面板電池就可以讓這個模塊中的PMIC芯片和藍牙模塊工作起來,,使得消耗最低電力和最小尺寸的無電池無線傳感器節(jié)點的設(shè)計成為可能,。

  Cypress能量收集技術(shù)獲評“CES十大最佳技術(shù)”

  Cypress這款最新能量收集PMIC芯片以及全球最小的藍牙無線傳感器,大小與人的拇指相差不多,,非常適合對體積要求高的設(shè)計開發(fā),。這兩款產(chǎn)品特點突出:一是功耗低,電流只有250nA,,這個數(shù)據(jù)做到了全球第一,;此外產(chǎn)品集成度非常高,不需要外圍搭乘任何電源芯片,。

  在不久前閉幕的2016 CES上,,Cypress就展示了這款能量收集模塊和太陽能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)套件,該開發(fā)套件能夠自行發(fā)電并可以嵌入到其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,,被VentureBeat的著名記者Dean Takahashi列為“CES展會十佳技術(shù)”之一,,其不俗的創(chuàng)新實力可見一斑。

  此外,,除了上面的1cm2的太陽能WSN,,李冬冬在本次論壇現(xiàn)場還通過Q&A互動送出若干套價值49美元的Cypress太陽能供電IoT系統(tǒng)開發(fā)套件,該套件對提高開發(fā)者的工作效率有很大的幫助,,Cypress為該套件和相關(guān)設(shè)計提供技術(shù)支持,,最大程度提高開發(fā)者體驗。

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  結(jié)束語

  時至今日,只有不到0.1%的設(shè)備具備聯(lián)網(wǎng)條件,,未來無線聯(lián)網(wǎng)市場潛力非常巨大,。Cypress以前瞻性的眼光布局能量收集技術(shù)領(lǐng)域,占領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)高地,??梢灶A(yù)見,并不新鮮的能量采集技術(shù)站在物聯(lián)網(wǎng)“風口”上將飛得更高且更遠,,而Cypress等公司的經(jīng)過市場驗證的創(chuàng)新成熟方案涌現(xiàn)使我們堅信:“綠色物聯(lián)網(wǎng)”正加速到來,!


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