物聯(lián)網(wǎng)征程：能量采集的未來

物聯(lián)網(wǎng)征程：能量采集的未來能量無所不在，觸手可及，只需加以采集即可使用–這是能量采集的宗旨。如今，基于能量采集技術(shù)的無線無源解決方案在智能建筑自動化領(lǐng)域已相當(dāng)成功，然而，這僅僅是能量采集技術(shù)應(yīng)用的開始。未來，基于能量采集的無需電池的無線通訊技術(shù)將被應(yīng)用于生活的方方面面，例如：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）、水質(zhì)監(jiān)測、森林防火、智慧城市管理、醫(yī)療護理行業(yè)等等。“如果我們稍稍關(guān)注一下基于能量采集技術(shù)的無線無源解決方案的下一步研發(fā)進展，就會發(fā)現(xiàn)，這些應(yīng)用的實現(xiàn)離我們并不太遙遠”德國易能森有限公司首席執(zhí)行官LaurentGiai-Miniet表示：“基于能量采集技術(shù)，在樓宇智能領(lǐng)域，許多自供能的應(yīng)用僅僅借助機械能、室內(nèi)光能、溫差能等周圍環(huán)境中的微小能量，即可正常運作：比如無線無源開關(guān)、門窗磁、智能門窗把手、溫濕度傳感器、照度傳感器、人體紅外傳感器、智能暖氣閥，以及智能家居系統(tǒng)等。然而，能量采集技術(shù)的應(yīng)用絕不僅限于建筑自動化或者說樓宇智能領(lǐng)域。”所有人都在談“物聯(lián)網(wǎng)”，但是如何才能為數(shù)以億計的通訊設(shè)備提供正常工作必需的電能呢？答案無疑是：能量采集。理由很簡單，能量采集技術(shù)可以讓傳感器從外在電源的束縛中釋放出來，完全實現(xiàn)能量的自給自足，從而擺脫電線、電池的限制，開辟靈活多樣的應(yīng)用。當(dāng)下，能量采集市場正在崛起，并以驚人的速度增長著。德國易能森有限公司的業(yè)務(wù)增長也反映了這點。上個季度，EnOcean無線無源模塊的銷量出現(xiàn)顯著增長，同時，我們預(yù)測這一增長勢頭將持續(xù)下去，特別是考慮到下一代能量采集無線無源解決方案即將推出。目前，新一代方案的開發(fā)包括：遠距離通訊下一代自供能無線通訊技術(shù)可實現(xiàn)10多倍于目前的信號傳輸距離，無線信號的傳輸距離可達到5公里。得益于傳輸距離的突破，新的應(yīng)用，例如對距離要求較高的室外應(yīng)用，都將成為可能。新的能量來源這一最新的遠距離無線通訊技術(shù)使用到改良版的能量轉(zhuǎn)換器，豐富了可采集轉(zhuǎn)換的能量來源。在不久的將來，我們會看到新的機械能（動能）轉(zhuǎn)換器，可將氣體、液體流動產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)換為電能。而這一突破將助力智能抄表領(lǐng)域。

新的光能轉(zhuǎn)換器也會有很大的改進，太陽能板的尺寸更小，而轉(zhuǎn)換效率更高。再加上能量存儲效率的提升，由室內(nèi)光能供電的設(shè)備充滿電后，有望在完全黑暗的條件下正常工作幾個月，甚至一年。

而溫差能的利用還處在較為初級的開發(fā)階段（已成熟的應(yīng)用是利用金屬兩端的溫差），其中一個研發(fā)方向是采集白天與夜晚間的溫度差，為室外應(yīng)用供能。隨著能量采集無線通訊技術(shù)的發(fā)展，新的應(yīng)用領(lǐng)域也將出現(xiàn)切實可行的解決方案：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）–大型結(jié)構(gòu)，如橋梁、隧道、大壩或鉆井平臺等，需要對抗來自天氣、地震、或者車流的強大外力。由光能、溫差能、或振動能供能的無線傳感器，可以永久監(jiān)測臨界參數(shù)，從而在出現(xiàn)異常值時報警，預(yù)防結(jié)構(gòu)損壞/坍塌。類似的產(chǎn)品還可用于對雪崩、山體滑坡等自然災(zāi)害進行報警。環(huán)境監(jiān)測–遠距離自供能無線傳感器可安置在戶外，為大面積區(qū)域內(nèi)的農(nóng)場動物及植物提供提前報警或監(jiān)測，以快速應(yīng)對環(huán)境變化。比方說，防止森林大火的蔓延，或者確保對植物/作物的最佳照護及水源供應(yīng)。資源監(jiān)測–人類只有一個地球！因此，所有的資源都需要被保護并加以可持續(xù)利用。針對這點，無需電池的傳感器網(wǎng)絡(luò)可以采集所需數(shù)據(jù)，例如水質(zhì)、水量、魚群的運動。另外，自供能的無線探測器還可以報告水、油、氣的泄露。智慧城市–到2030年，60%的人口將生活在城市里1–相當(dāng)于60億人。屆時，智能監(jiān)控將成為城市必不可少的功能，以協(xié)調(diào)人們的日常生活，防止城市陷入混亂。智慧城市應(yīng)該包括交通的自動化控制、路燈、能源供給、物流、排水等等各個系統(tǒng)的智能運作。而實現(xiàn)如此龐大的工程，就需要數(shù)以百萬計的自供能的傳感器節(jié)點，收集并發(fā)送所需的數(shù)據(jù)。醫(yī)療護理–是另外一個擁有廣闊前景的應(yīng)用領(lǐng)域，良好的醫(yī)療護理可以顯著提高生活品質(zhì)、安全感以及舒適度。這一領(lǐng)域的應(yīng)用包括可監(jiān)測生命機能及健康生活狀態(tài)的全新解決方案。目前已有自供能的手環(huán)原型產(chǎn)品，該手環(huán)可監(jiān)測基本生命體征，而手環(huán)監(jiān)測并發(fā)送無線信號的能量來源則是人體熱能。以上僅列舉了無需電池的無線通訊技術(shù)目前的一些研發(fā)領(lǐng)域。而實際上，能量采集技術(shù)的應(yīng)用還可以更