晒晒阳光就能给物联网设备补充电量

2016-02-29 09:02:00
全芯编辑
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        互联网之后的物联网无疑预示着更大的发展机遇,众多科技巨头不谋而合纷纷布局物联网领域。有机构预测,到2020年联网设备的总数将达到甚至超过500亿,物联网将把家庭中的很多设备囊括进来,其中小到智能恒温器,可穿戴设备名大到智能电冰箱,蓄势已久的物联网爆发在即。下图汇总了各家机构和公司对物联网市场规模的预测。

       

        电池更换成无线传感网应用拓展“拦路虎”

       

        “到2020年全球有500亿部的设备/器件会被连接到网络,其中将有超过50亿是无线连接的,占到10%-20%连,这意味着至少有50亿的无线传感器需要供电。每年更换巨量的电池将造成极大的浪费,环境污染、高额人工维护费用势必严重制约无线传感网发展。供电问题无疑成为无线传感网将面临的巨大挑战。”Cypress半导体模拟芯片产品经理李冬冬表示。

        无线传感网自20世纪90年代末提出研究以来,由于其巨大应用价值已经引起了各国军事部门、工业界和学术界的极大关注。例如,DAIRYMASTER是一家欧洲奶酪业设备厂家,开发了一套自动发情检测系统Moo-Monitor,可以对母牛进行24小时监测,一旦牛出现发情状况,Moo-Monitor会将信息告诉农场主,准确率可以达到88.6%。如果这个系统在美国得到普及,可以提高3亿美金的奶酪产量。

        不过,为成千上万头奶牛c监测设备的电池却无疑是一场噩梦!使无线传感网不间断工作成为当下这类系统面临的巨大挑战。在无线传感网络的应用过程中,无线传感节点的电池能量是众多制约条件中最为重要也是最为致命的关键因素。

        利用能量采集技术使无线传感节点从环境中采集能量,具有能量补充的能力,从而使无线传感节点避免能量单向递减过程,并进一步利用能量管理与能量转移技术达到无线节点的永久寿命与无线传感网络无线使用的目的。那么,其工作原理是怎样的呢?无线传感节点通过温度、湿度、亮度、压力等传感器感应环境状态,在微计算机进行数据处理后,通过无线向云网络发送数据,完成进一步的能量采集。

        目前无线传感网已成功运用到工业、农业、智能家居等领域,带来不俗的经济效益,随着能源采集技术的完善成熟,无线传感网应用会更加广阔。

        例如,Misfit此前发布紫罗兰版施华洛世奇Shine是世界上首款不需充电或更换电池的运动睡眠追踪器,用户可以把手环暴露在阳光、LED灯光或卤素灯下进行充电。它具备Shine的主要硬件功能,包括记步、睡眠质量和卡路里消耗检测等基本功能,防水深度可达50米。在外观设计方面,紫罗兰版施华洛世奇Shine的表盘水晶就是一个小型太阳能电池板,可以有效地采集、贮蓄太阳能并给设备供电。

       

        低功耗、高集成,能量采集技术成就“绿色”物联网

       

        而在工业、军事应用和环境监测等将配备成千上万数量的无线传感节点的应用场合,人们更是无法也不可能对电池能量耗尽的节点进行一一更换的。例如为了监测大象海豹从美国东海岸游回到阿拉斯加的路线,需要在海豹身上放一个检测器,如使用电池进行供电,其能量只能提供一半路程的能耗,能量采集技术显然成为更佳的供电方式,检测器可在海豹游泳和潜水时利用太阳能和力学能源进行发电。

        能量采集系统由能量采集、能量控制、能量消耗三部分组成。随着技术的进步,目前存在众多的能量转换技术,使无线传感节点能够从环境中采集或收获能量,如日常生活中最常见的光能、动能和热能。与无线传感网相似,能量采集技术也是与应用环境密切相关的。其中最常用的有太阳能电池技术,此外还有振动取电、温差取电以及依赖机械运动引发等各种能量转换技术。

        Cypress最新研发的超低功耗、超高集成度能量采集模块,可替代传统型的“蓝牙芯片+天线模式+硬币电池”方案。只需要一平方厘米的串联太阳能面板电池就可以让这个模块中的PMIC芯片和蓝牙模块工作起来,使得消耗最低电力和最小尺寸的无电池无线传感器节点的设计成为可能。

        Gartner去年公布的新兴技术周期图显示,2015年IoT成为最被期待的新兴技术,与之相关的IOT平台同样受到强烈的关注,未来5到10年IoT技术将趋于成熟。无线传感网的普及是大势所趋,可以预见电池供电的局限性将日益突显,日益成熟的能量采集技术势必逐渐取代电池,成为无线传感器的标配。

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updated: 2020-11-24 03:32:08