能源收集被提议以确保物联网的指数级增长

文章作者:Maurizio Di Paolo Emilio

物联网（物联网）的可接受性（IOT）在全球范围内增长，但这一进步的速度是对其专家的挑战，他表达对其未来的担忧/恐惧。据估计，到2025，连接到物联网网络的设备可能超过750亿个单位的显着数字。这使得专业人士的担忧和需要充分准备，以便取得的收益不会消失。

物联网专家已经预见到这样一种情况:过多的电子设备通过一个公共接口进行通信，通常以无线连接到云计算为代表。连接到物联网网络的设备数量不断增加，因此，将需要新的传感器技术来支持连接设备爆炸式增长所产生的数据需求。这将是物联网的下一个挑战。

“我相信物联网的下一个挑战将集中在识别哪些设备将成为物联网的一部分。仅仅因为设计智能设备在技术上是可能的，并不一定意味着让每个设备都连接到物联网就有价值。”ON Semiconductor技术市场经理Greg Rice说。

连接的设备和传感器将在多个领域发挥重要作用，包括汽车，工业自动化，智能家庭，消费者计算，农业和移动健康。感官，收集和汇总数据将指数增长，导致2025年每天每天125个exabytes的估计流量。管理由连接到物有线的设备生成的这些大量数据将是一个艰难的挑战。

阐述挑战并提供前进的方式，米陈述，“如果通过云发送IOT边缘生成的每一位数据，这可能会在网络基础架构中创建拥塞。在IOT边缘执行一些基本数据分析和聚合可能更有效，而不是通过云发送到网络的核心“。

能量收获

能量收获将至关重要，以面对物联网设备的指数级增长带来的挑战。赖斯认为，能量收集的挑战集中在能量收集的效率和通过能量收集供电的设备的可靠性。用于能量收集的设备使用非常小的功率，它们的设计是技术性能和降低功耗之间的权衡。赖斯强调说:“设计通过能量收集来运行的设备的一个挑战是在设计过程中找到这些权衡的正确平衡。”

另一个相关的挑战是能源收集的动力来源。在白天，太阳能设备可以有效地利用可利用的阳光。但是，它在夜间的行动就不能这样说了。类似地，使用射频功率进行能量收集的设备必须存在具有一定信号强度的射频场。如果部署了更多的射频场来支持能量收集设备，则应仔细评估相关的健康风险。

Battery-free传感器

在半导体上为物联网网络设计了一种创新的无线和无线电池套件。Smart Passive Sensors™（SPS）器件系列可在网络边缘监控温度，压力，湿气或接近度。由于环境传感器通常在远程位置部署或在诸如工厂或建筑物的广泛区域，因此经常更换电池不是经济上可行的操作。能量收集，特别是SPS传感器的RF功率，能够满足此要求。如图1所示，每个SPS传感器都是一种无电池和微处理器无RFID传感器标签，通过工业标准UHF Gen 2协议，具有RFID读取器的天线块，用于无线通信的天线块。当RF读取器询问SPS传感器时，它使用从信号接收的能量，从传感器提供快速准确的读数。

“这种传感器网络设计用于射频能量收集。有一个中央传感器集线器，通过连接的天线传输射频功率。每个传感器节点都是无线的，无需电池，它们通过将周围射频场的能量转换为传感器节点上的电子设备的电源来工作。”

如图2所示，每个传感器集线器集成了两个密钥块：读取器模块和处理模块。读取器模块执行协议特定功能以与传感器通信并将原始传感器数据（EPC，TEMP，RSSI，代码等暴露于处理模块。处理模块聚合并格式化传感器数据以进行额外的分析。传感器集线器连接功能包括WiFi，以太网，蓝牙和其他适用于向云发送传感器数据的其他协议，以进一步分析，分析和决策。

整体传感器IOT架构如图3所示。传感器集线器收集来自多个传感器的数据，并通过云与其他连接的设备通信，以在新的应用程序和场景中启用IoT。

在传感块的核心，来自RF Micron的Magnus-S2©传感器IC，UHF RFID芯片由来自UHF读取器的RF能量收集的UHF RFID芯片供电。MagnUS-S2利用专利的自调整变色蜥发动机，可使RF前端适应各种环境条件的性能。这些传感器标签在FCC定义的UHF频带或ETSI UHF频带中的功能。智能无源传感器的小型和无电池功能允许它们设计成尺寸和可访问性溢价的应用。

SPS设备系列包括：

• 温度传感器，用于金属、非金属和陶瓷表面的被动温度传感。应用包括行业和数据中心的预测性维护;
• 湿度传感器，设计用于被动检测塑料、木材、陶瓷、土壤和石膏制成的各种表面或成品上的湿度。应用包括不同工业环境中的湿度水平或泄漏检测和质量控制;
• 流体水平传感器，设计用于通过诸如塑料等薄表面的流体被动感测。

结论

连接物联网网络的设备数量不断增长，应用涉及技术的各个领域。物联网领域的成功和扩展严格依赖于所涉及传感器的特性和性能。需要新的传感器技术来补充传统的传感器网络。具有云连接的无电池无线传感器可以增强数据中心、工业预测维护、建筑和电力、冷链、数字农业和智能医疗等不同应用中的环境状况监测。