無線獲能，破解低功耗及無源物聯(lián)網設備的供電解藥

幾年前，物聯(lián)網突然出現(xiàn)在全球視野中，人們對此充滿期待，期待它如何萬物互聯(lián)并改變這個世界。專家對物聯(lián)網的規(guī)模做了許多瘋狂的預測。例如，思科預測2015年接入到物聯(lián)網中的設備數(shù)量將達到250億，到2020年預估會翻番，但有不少人產生懷疑。為了驗證這些疑問，有關機構選取了某一接入物聯(lián)網的發(fā)達地區(qū)，計算了實際連接物聯(lián)網設備的數(shù)量按比例遠遠低于預測的數(shù)字。

影響物聯(lián)網設備數(shù)量最大的因素是供電方式，它困擾和阻礙著物聯(lián)網發(fā)展，想象一下用有線電源和電池為數(shù)十億臺物聯(lián)網設備供電這樣的規(guī)模就已經很夸張了，如果有更好的能源解決方案那更難想象它的體量了。了解物聯(lián)網網絡的關鍵特性：經濟性、便利性和覆蓋范圍。但現(xiàn)今卻要被必須使用電池供電的美好物聯(lián)網繁榮景象所束縛。很明顯，物聯(lián)網設備需要更輕巧、更快速的電源解決方案供電。眾所周知，一些綠色電源解決方案已經很成熟，但它們并不完全符合為超小型低功耗MCU和傳感器供電的要求。它們需要一種能夠滿足物聯(lián)網邊緣設備，非常特殊的綠色能源來替換。

能量收集技術

正是在這種需求下，我們似乎找到了神丹妙藥—能量收集技術。能量收集技術為我們構造了不受電池使用限制的物聯(lián)網解決方案。

這個技術其實很易理解 —我們周圍的環(huán)境充滿了有各種各樣的能量，包括：地熱、太陽能和振動等產生的能量，其中大部分都有被使用，但就是沒找到一種方法來收集這些能量并用它來為超小型設備供電。

由于它受所處環(huán)境下或者自身體積限制不便使用太陽能或振動等產生的能量，所以就需要用到一種特殊物體—無線電波，它消除了線材、空間和日照的約束，不論在哪里、什么時間都存在。而且無線電波有低頻電波、高頻電波和超高頻電波，它發(fā)射的能量也是不同的。這種能量可以是任何類型的無線電波，例如由 TV/FM 電臺、WiFi路由器、蜂窩基站或雷達發(fā)出的無線電波?？傊?，由無線電波發(fā)射而收集的能量轉化成電能，這里統(tǒng)稱為無線獲能（RF Energy Harvesting）。

無線獲能 - 基礎知識

僅僅對無線獲能的基本印象就應該讓您清楚地了解為什么它會像某些綠色能源解決方案吸引如此巨大的目光。無線電波無處不在，而且你根本無法避免繞開它們。此外，無線獲能技術特別適合物聯(lián)網設備的特殊需求：超小型體積，并且通常設計為在極其惡劣的偏遠地區(qū)運行。在許多情況下，傳感器是嵌入式系統(tǒng)(如體內健康監(jiān)視器或其他工業(yè)解決方案)的一部分，它們無法進行維護或更換電池,只有通過無線獲能技術為其提供電能。

這使得無線獲能技術成為物聯(lián)網設備近乎理想的電源解決方案。它能從電池的這種電源解決方案中超越的另一個原因是，無線電波基本是零成本且隨時隨地能獲取。如果使用電池的話，無論它們多便宜或耐用，但積累到一定數(shù)量和年限，都會有成本高昂且使用壽命的問題。想想在一套包含數(shù)百甚至數(shù)千個節(jié)點的物聯(lián)網項目中，對這些電池進行維護、充電或更換是一件多么令人頭疼的工作。

無線獲能如何工作？

根據(jù)特定應用的預期功能和細節(jié)，無線獲能系統(tǒng)的設計可能會有所不同。有幾種構建無線獲能器的方法——但從根本上說，所有能量收集系統(tǒng)都基于一些通用組件和工作原理。

智漢科技研究團隊開發(fā)的這套無線獲能解決方案，包含一個轉化單元，用于收集來自無線電波發(fā)射源的能量并將其轉換為電能，第二部分就是電能儲能單元，它包含電壓變化監(jiān)控器和儲能電容器。第三個組成部分是處理所產生電能的調節(jié)管理，這一部分將轉化的電能調節(jié)為恒定值的電壓，調節(jié)器可能包括調節(jié)器和復雜的控制電路，它們可以根據(jù)實時電力需求和電力可用性智能地管理和分配電力。

這三個組成部分串聯(lián)起整套無線獲能電路模組，這個模組型號就是R915PW，它是一款收獲射頻能量將其轉化為2-5V直流電壓的設備，智漢科技設計的915MHz高增益天線，空曠演示距離可以達到10m?？梢怨┑凸脑O備比如低功耗MCU、傳感器、BLE藍牙和LED指示燈工作。具有在惡劣環(huán)境或者不便供電的領域實現(xiàn)遠程供電等領域。

特性

? 高轉化效率

? 輸出電壓可設置，通過采樣電阻

? 最低可達-10dBm的輸入功率

? 寬頻率操作范圍300MHz-2.4GHz

? 低射頻能量，長距離能量變換

? 300MHz to 2500MHz（頻率可設）

此無線獲能模組R915PW特別適用于智漢科技開發(fā)的超低功耗藍牙模塊RC2202A，模塊工作電壓3.3V，待機功耗低至0.85uA，廣播周期500ms低至9.68uA。配合無線獲能技術非常適用于Beacon設備和電子門鎖。

總結

無線獲能為物聯(lián)網供電解決之路帶來重大的意義，它解決了超低功耗及無源物聯(lián)網設備供電問題。實現(xiàn)了零成本、不間斷供電以及綠色可持續(xù)發(fā)展的愿景。

但無線獲能不會影響和降低研發(fā)人員對低功耗應用的設計價值追求，尤其是在物聯(lián)網邊緣應用中，人們將始終關注于以最低功耗實現(xiàn)計算能力最大化。

審核編輯 黃昊宇