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M2M成功秘诀:能量收集无线技术

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。

  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。

M2M成功秘诀:能量收集无线技术

  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。

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