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基于能量收集无线技术来解决M2M通信面对的难题

2017年12月06日 09:07 次阅读

几年前,M2M通信还是个需要复杂组网技术的昂贵的小利基应用。但随着技术的发展及灵活的云服务能力,通过使用无线模块使得基础设施和产品两者都能以极具成本效益的方式向M2M提供大量信息成为可能。

这些器件相互连接的越紧密,对技术灵活性的要求就更高。这是能量收集无线技术越来越多地被M2M设备、产品和楼宇自动化系统采用的一个主要原因。

当今,M2M被认为是一个面向未来、被寄予很高期望的增长市场。对该市场的增长预期是:连接到互联网的M2M设备,将从2017年的超过3亿台飙升到2020年的500亿台。部署这些数以百万计的分布式设备带来挑战:如何给其供电?它们间如何通信?一个解决办法是能量收集无线技术。

无线传感器和中继接收器支持智能节点的简易部署,但无线设备需要电能——过去,这意味着需要排布很多电线或安装及更换电池。由能量采集供电的设备不需维护、去掉了电池或其它外部能量源,从而为能够简单地安装数百万互连和联网的设备铺平了道路。

取自周围环境的能量

基于能量采集原理,无线模块从周围环境获取能量,因此,其工作不需要电池。在能量采集过程中,电能/动能换能器利用机械运动收集能量或利用小型的光伏电池组件采集光发出的能量。整合热/电转换器和DC/DC转换器的能量采集技术可将热能转换为电能。采集的这些少量电能足以发送无线信号。增加电容可以确保在采集的电能很少或没采集到的时段仍有充足电能存储来满足这些时段的要求。

为获得最佳的射频(RF)效率,其使用的无线协议已标准化为ISO/IEC 14543-3-10,它使用1GHz以下频带。这使其免受其它射频发射器的干扰,同时还具有快速的系统响应并规避了数据冲突。此外,在相同能量预算下,1GHz以下频带的传送距离是2.4GHz频段的两倍,且在建筑物内具有更好的穿透性。

参考来看,在2.4GHz系统上复制能量收集无线系统来覆盖同一区域,所需的接收节点数是1GHz以下频带的四倍。例如,与1GHz以下方案比,2.4GHz系统增加了成本。射频可靠性是有保证的,因为无线信号的持续时间只有0.7毫秒,而且出于冗余考虑,它是多次发送的。在开放空间,能量收集无线传感器的传输范围约300米;在建筑物内,可达30米。

 

基于能量收集无线技术来解决M2M通信面对的难题


图1:楼宇自动化可视为M2M的一种典型应用

 

在诸如无线传感器网络等低功耗电子系统中,作为取代电池的一种技术,能源收集设备拥有吸引力,因为电池供电的系统涉及采购、安装和更换电池等耗时的工作。眼下,能量收集无线技术非常完善,能够为楼宇自动化领域提供M2M解决方案,将光控制、HVAC和建筑领域的其它技术带入智能家居、智能计量和能源管理系统中。
无线和无电池技术几乎不用改动现有系统就能显著简化建筑物的能源监控和控制。无线设备的安装方式很灵活,所以,单个组件、墙壁开关、传感器和中继接收器可以方便地联网以形成一个智能系统,而且无需复杂的布线安装。此外,它还去掉了电池,就没有了需要定期(可短到一年一次)更换电池的负担。

HVAC控制就是这种灵活的自动化系统的一个例证。在此,恒温器、VAV(变风量)或风机盘管控制器接收来自于相应无电池传感器的占用、温度、湿度、窗户位置或CO2等信息,并控制散热器内的阀门执行器的开/关、或VAV系统的节气阀。同时,控制器将状态信息发送到中央楼宇自动化系统,并从BAS系统接收控制消息。这使得从远离建筑物本身的中央位置对其进行监控成为可能,同时能完成整个建设物范围的控制;例如,放假时相关系统的关闭。

借力能量收集技术的进步,产品方面也取得巨大进展:例如,Kieback&Peter生产的革命性的自供电散热器阀门,利用热水和周围空气的温差来产生电能。该电能既用在与控制器或BAS系统的通信供电,又用于开/闭阀门本身。无需电缆或电池,这些无线设备特别易于安装,且不用维护。

在深入优化的系统中,诸如锅炉或空气处理单元等中央设备被集成到这种无线通信系统,进而可以支持根据需要对HVAC进行的调节,这可以通过使用台式电脑、平板电脑或智能手机通过互联网控制,这使得这些调节变得可见和可控。

安全监控,规避了电池故障

水检测器等报警系统是第二个应用领域,凭借其特殊性能,电池无线技术正在进入报警监控领域。报警应用,对可靠性的要求比照明控制苛刻得多。被检测系统的失职不仅意味着故障,还可能引发依赖该系统的其它系统更严重后果。事实是,电池故障导致的问题比电子部分引发的问题多,尤其是在大型系统中。能量收集则克服了这个问题。

来自各处,同入云“端”

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谷歌Fi项目,目前仅限邀请参与,是一个可以同时支持T-Mobile和Sprint网络的无线服务,对运...

发表于 2016-01-18 08:36 280次阅读
最新的无线技术让抛弃运营商成为可能

无线技术对主流血糖仪应用相当重要

近几个月来最大的两家血糖仪公司悄悄地发布了他们预示着在糖尿病医护领域结构性转变的产品。相较于胰岛素分...

发表于 2016-01-05 08:16 450次阅读
无线技术对主流血糖仪应用相当重要

物联网网关四大案例解决方案

 虽然貌不惊人,在整个物联系统中,物联网网关扮演着至关重要的角色。它就如同人类的中枢大脑,要对五官的...

发表于 2015-12-21 09:18 2366次阅读
物联网网关四大案例解决方案

物联网怎么联?五大无线技术谁能一统标准

物联时代,无线连接成为基本要求。从各种联盟、科研机构到各大芯片厂商、设备厂商,都在努力推举出一款即有...

发表于 2015-12-10 11:31 5382次阅读
物联网怎么联?五大无线技术谁能一统标准

三大无线技术 智能家居如何选择

无线技术的普及在这其中起到了很重要的推动作用。WiFi、Zigbee和蓝牙是当前连接智能家居产品和移...

发表于 2015-11-11 09:36 575次阅读
三大无线技术 智能家居如何选择

无线物联网连接:如何选择无线技术

物联网(物联网)受到很多当之无愧的关注是因为它提供了很多潜在的好处。而IoT-connected节点...

发表于 2015-11-11 09:18 561次阅读
无线物联网连接:如何选择无线技术

物联网催生5G技术萌芽1加1将远大于2

也许可能会感到奇怪,怎么4G技术才开台短短几年的时间,国外相关业者以及台湾都已开始积极布局下一代行动...

发表于 2015-11-10 17:35 401次阅读
物联网催生5G技术萌芽1加1将远大于2

打造面向工业物联网的创新应用平台

实现任意互连的高灵活性工业物联网系统将通过平台方法不断适应需求和演进发展,工业物联网的特征可描述为大...

发表于 2015-11-04 09:32 1049次阅读
打造面向工业物联网的创新应用平台

智能互联也需审时度势,谈谈物联网产业4G转型中的...

万物互联已然成形,其中IOT无线通信模块的性能指标和升级换代成为物联网应用深度和力度的基石和风向标。...

发表于 2015-10-22 10:33 292次阅读
智能互联也需审时度势,谈谈物联网产业4G转型中的...

基于Wi-Fi的无线智能门铃系统设计

在信息、通信、智能不断发展的今天,人们对于门铃的要求已经不仅仅是简单的提醒功能,门铃系统发展成为具提...

发表于 2015-10-04 14:46 1506次阅读
基于Wi-Fi的无线智能门铃系统设计

可穿戴设备或促无线技术走向融合

尽管当前的可穿戴设备大部分还只是集中在智能手表、智能手环、沉浸式眼镜之类,但其探索空间已发生了很大的...

发表于 2015-08-27 08:16 212次阅读
可穿戴设备或促无线技术走向融合

德州仪器专家谈工业物联网应用前景展望

物联网并不是消费应用的专利,随着越来越多的传感器和设备连接到云,物联网将在工业领域发挥更大的潜能,同...

发表于 2015-08-26 15:20 473次阅读
德州仪器专家谈工业物联网应用前景展望

物联网新时代,关于安全的5大错误认知

随着物联网时代到来,智能设备日新月异、层出不穷,智能无线连接的优势也日益凸显,成为企业业务成功的关键...

发表于 2015-08-25 16:02 340次阅读
物联网新时代,关于安全的5大错误认知

构建工业物联网 IoT正在提高效率

物联网,或称为IoT,是一项能够在多种市场和应用领域提供全新用例和服务的技术。当人们想到IoT时,浮...

发表于 2015-08-17 10:24 269次阅读
构建工业物联网 IoT正在提高效率

中国车联网发展要落地 先看海外是怎么做的

 在刚刚过去的世界移动大会-上海(MWCS)上,我们发现,展会最大的亮点,除了各大厂商都在积极展示5...

发表于 2015-07-21 09:04 2053次阅读
中国车联网发展要落地 先看海外是怎么做的

LTE MTC标准跑步进场,抢食M2M大单

瞄准可穿戴设备、智慧工厂及机器对机器(M2M)等低数据速率、低功耗应用,第三代合作伙伴计划(3GPP...

发表于 2015-06-23 10:28 654次阅读
LTE MTC标准跑步进场,抢食M2M大单

智慧家居离蓝海还有多远?

物联网、云计算、智能终端……每一项技术的更新都驱动着智慧生活的发展,智慧家居作为这些技术的典型应用,...

发表于 2015-06-15 10:51 292次阅读
智慧家居离蓝海还有多远?

探索:无线技术应用在无人驾驶飞行器

无人驾驶飞行器,尤其是无人机(UAV)的运用进一步推高了对无线数据的需求,同时也对频谱的利用起着推动...

发表于 2015-05-18 16:04 335次阅读
探索:无线技术应用在无人驾驶飞行器

无线传感器网络在不同领域的应用前景

无线传感器网络的应用领域非常广阔,它能应用于军事、精准农业、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑...

发表于 2015-03-26 16:08 1585次阅读
无线传感器网络在不同领域的应用前景

盘点:2015年无线领域十大热门新技术

为了应对海量流量的挑战,移动网络正向“无容量限制的无线网络”,即 “大管道”方向发展,技术不断取得突...

发表于 2015-03-13 15:32 3895次阅读
盘点:2015年无线领域十大热门新技术

Microchip推出首个符合超长距离、低功耗网...

全球领先的整合单片机、混合信号、模拟器件和闪存专利解决方案的供应商——Microchip Techn...

发表于 2015-03-10 16:06 396次阅读
Microchip推出首个符合超长距离、低功耗网...