引言： 借助于能量收集模塊、無線傳輸模塊等技術(shù)“多重突破”，能量采集無線技術(shù)將應用大幅拓寬。
有一種技術(shù)，在樓宇自動化領(lǐng)域可減少50,000,000個電池;可節(jié)省幾萬千米線纜的鋪設，意味著減少了1萬多噸的CO2排放，什么技術(shù)這么“友好”?這就是能量采集無線技術(shù)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，能量采集無線技術(shù)在樓宇自動化、智能家居等領(lǐng)域不斷攻城拔寨，讓開關(guān)、傳感器、執(zhí)行器真正實現(xiàn)了綠色環(huán)保。隨著自身技術(shù)的不斷提升以及物聯(lián)網(wǎng)的深入應用，這一技術(shù)也開始步入“新”車道。
煥發(fā)“新”生
能量采集來源分為四個主要范疇：電動力(電磁能和機械能)、光能、熱能(溫差能)與壓電。雖然能量采集技術(shù)問世也有十幾年了，但其發(fā)展并不如預期那么理想。
德州儀器(TI)電池管理產(chǎn)品市場及應用經(jīng)理文司華對此介紹說，能量采集近兩年來仍未有突破性發(fā)展，能量采集器格局和性能沒有根本改變，最大原因是收集到的能量仍然不能滿足應用要求。雖然無線模組中應用處理器的功耗在持續(xù)下降，但實際上消耗的總能耗沒有顯著下降，因而只能以降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g隔妥協(xié)。但他也隨之指出，尋找應用在低頻數(shù)據(jù)上傳的產(chǎn)品是一方向。
在低頻領(lǐng)域耕耘多年的德國易能森(EnOcean)對此相對樂觀。EnOcean中國區(qū)市場經(jīng)理林?，撝赋?，雖然這一技術(shù)要考慮的硬件指標包括轉(zhuǎn)換效率、能量以及PMIC的拓撲結(jié)構(gòu)、效率、最大能量擷取等等，在價格上要考慮認證成本、方案成本等，相對傳統(tǒng)器件成本還是居高難下。但隨著能量采集技術(shù)的升級，傳感器、MCU、RF等器件功耗的不斷降低，以及電源管理IC的突破，能量采集技術(shù)市場將日益攀升。
而市場的數(shù)據(jù)也佐證了它的潛力。據(jù)市場研究公司IDTechEx指出，能量采集市場正出現(xiàn)越來越多刺激成長的因素，在未來5年內(nèi)開始顯著成長。IDTechEx預測，2015年全球能量采集元件市場將出貨4120萬個單元，達到12.85億美元的市場規(guī)模，這一數(shù)字將在2020年增加到出貨1.357億個單元，市場規(guī)模也成長至32.9億美元。
這一動力一方面來自于技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，以及更多的IC公司加強投入與研發(fā)步伐，包括易能森、TI、ADI、凌力爾特等;另一方面來自于物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對無線傳感器、執(zhí)行器的需求看漲。很多公司現(xiàn)在都很有動力去開發(fā)更有效的能量收集芯片和系統(tǒng)，不管是可能使用動能模式的植入式醫(yī)療設備，或是支撐傳感器運行的光能模組，能量采集市場將煥發(fā)“新”活力。
拓寬價值
顯然這一技術(shù)需要能量采集模塊、無線通信技術(shù)和超低功耗芯片組的“全力配合”，在這一領(lǐng)域耕耘十多年的EnOcean已然先下一城。林?，摻榻B說，其殺手锏主要在于三種核心技術(shù)的完美融合：一是高精度的能量采集模組，包括機械能、光能、溫差能。二是高質(zhì)量的無線通信技術(shù)，基于國際無線標準ISO/IEC 14543-3-1X，在1GHz以下，不同國家有不同的頻段，具有超強的抗干擾能力，通過重復發(fā)送多個信號以及加密功能，保證通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。三是超低功耗的芯片組，實現(xiàn)功耗低、傳輸距離遠，可以組網(wǎng)并且支持中繼等功能。
所有基于EnOcean技術(shù)的產(chǎn)品之間互相兼容，使得基于EnOcean的智能系統(tǒng)可互操作、易拓展。此外，作為開放協(xié)議，易能森EnOcean無線技術(shù)可并入使用TCP/IP、WiFi、GSM、Modbus KNX、Dali、BACnet 或 LON等無線和有線系統(tǒng)。
值得一提的是，EnOcean能在能量采集無線市場占據(jù)重要地位，離不開EnOcean聯(lián)盟成員的大力支持。目前該聯(lián)盟成員在全球擁有西門子、ABB、GE、施耐德、霍尼韋爾、歐司朗、德州儀器、羅姆等超過400家成員，市場上有超過1500種基于EnOcean的產(chǎn)品。
成熟全面的開發(fā)環(huán)境(包括無源無線開關(guān)模塊、傳感器模塊、網(wǎng)關(guān)模塊以及開發(fā)套件和編程板)、強大的技術(shù)支持和100%的產(chǎn)品兼容性，讓EnOcean在全球眾多樓宇自控和智能家居產(chǎn)業(yè)中斬獲豐實。
但隨著市場需求的變化，EnOcean也在轉(zhuǎn)變思路，以跟隨市場的節(jié)拍起舞。林?，摫硎荆?GHz技術(shù)之外，EnOcean也在拓展2.4GHz領(lǐng)域的合作與開發(fā)。比如與ZigBee聯(lián)盟拓展合作，推出了兼容ZigBee GREENPOWER標準的能量采集無線模塊，后續(xù)將推出兼容ZigBee3.0的能量采集無線通信模塊，從而讓更多的消費電子廠商能在全球銷售更廣泛的產(chǎn)品。此外，也在加強與藍牙聯(lián)盟合作，但這還涉及配對及功耗問題，正在著力解決。
全面升級
能量采集無線技術(shù)在經(jīng)過多年的發(fā)展后，也開始面臨新的技術(shù)S形曲線，帶來的挑戰(zhàn)就是能否成功地在拐點實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)換。
林海瑩表示，易能森一方面在致力于開發(fā)新的能量收集模組，將推出新的機械能(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，將使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)光能供電的設備在充滿電后，有望在完全暗黑的條件下正常工作幾個月甚至一年。目前溫差能已成熟的應用是利用金屬兩端的溫差，它的利用還處在較為初級，未來的一個研發(fā)方向是采集白天與夜晚間的溫度差，為室外應用供能。
另一方面，在著力拓展室外的遠距離通信，目前短距離無線通信技術(shù)在空曠的室外能傳輸300米-500米，而下一代自供能無線通信技術(shù)可實現(xiàn)10多倍的傳輸距離，可達5公里，實現(xiàn)這一技術(shù)除了能量采集模組的精進外，射頻技術(shù)和無線模組也需要改進，包括傳輸更少數(shù)據(jù)、間隔更長、FSK調(diào)制更快等，無線模組用的組件更高精度和更高靈敏度等，從而實現(xiàn)室外的遠距離傳輸。
借助于“多重突破”，能量采集無線通信技術(shù)也將大大拓展其應用，將被應用于生活的方方面面，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、森林防火、智慧城市管理、醫(yī)療護理行業(yè)等，開啟新的從“小眾”到“大眾”之旅。林?，撆e例說，NTT今年4月已在日本發(fā)布了基于EnOcean遠距離能量采集無線技術(shù)的農(nóng)業(yè)用傳感解決方案。另外，NTT在日本當?shù)仉娨暸_也播出了這套方案在草莓地的應用情況。
在能量收集無線技術(shù)應用領(lǐng)域已然呈現(xiàn)出諸多變化，然而這終需要全產(chǎn)業(yè)鏈的“共同作戰(zhàn)”，未來將會助力行業(yè)打造出壽命超長或是根本不需外接能量支撐的傳感器、執(zhí)行器等。5月19-21日即將舉辦的全國首個物聯(lián)網(wǎng)芯片技術(shù)與應用方案大展—2016深圳(國際)集成電路技術(shù)創(chuàng)新與應用展(2016CICE)，將有一大波新興技術(shù)與應用“意外”亮相，讓我們一起更好地擁抱物聯(lián)網(wǎng)的到來吧。