對先進(jìn)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的日益依賴(lài)，推動(dòng)了對傳感器的需求，這些傳感器可方便地從少量到大量部署，并且提供低擴展成本和免維護。

 

技術(shù)的進(jìn)步使許多不同類(lèi)型設備之間的互聯(lián)成為可能。始于智能手機的互聯(lián)已經(jīng)演變成溫控器、家電、車(chē)輛和其它被稱(chēng)為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備的聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)由通過(guò)各種接口來(lái)回傳輸數據的許多設備組成，無(wú)線(xiàn)云接口是最常見(jiàn)的接口。隨著(zhù)互連設備數量不斷增長(cháng)，對更多數據的需求也隨之增長(cháng)。

 

產(chǎn)生數據的來(lái)源很多，電子傳感器通常用于收集互聯(lián)設備的數據。傳感器是一種將物理或環(huán)境特性如溫度和濕度轉換成電信號的器件。

 

對數據的需求推動(dòng)了不同類(lèi)型傳感器市場(chǎng)的增長(cháng)，如為系統提供工作所需數據的溫度、濕度、壓力和距離傳感器。由于物聯(lián)網(wǎng)以前所未有的動(dòng)能處理來(lái)自不同渠道的的數據，電子傳感器將更加普及。據 Markets and Markets研究，全球傳感器市場(chǎng)預計將在2022年超過(guò)380億美元。從更多地點(diǎn)獲取更多傳感器數據的需求將推動(dòng)新型傳感器的開(kāi)發(fā)，這些傳感器體積更小、功耗和成本更低，并且易于大量和在狹小空間部署。

 

 

傳統的電子傳感器無(wú)論設計怎樣，都包含相同的功能模塊。傳感器的核心模塊是實(shí)際的感測元件。感測元件是傳感器的一部分，它對傳感器環(huán)境作出響應，并將環(huán)境條件轉換為電參數。除了感測元件，傳感器還需要電源用于傳感器內部的電子元件和數據處理及互聯(lián)電路。大部分電子傳感器包括感測元件、電源模塊和位于每個(gè)感測節點(diǎn)的數據處理模塊。隨著(zhù)需要更多的感測數據，擴展到多個(gè)感測節點(diǎn)所需的成本成為一些應用的障礙。傳感器電源和通信模塊所需器件的物理尺寸限制了小尺寸傳感器的選用，而由電池供電的傳感器涉及維護和環(huán)境問(wèn)題，這也限制了傳感器在某些應用中的部署。傳統的電子傳感器的成本和尺寸限制了傳感器網(wǎng)絡(luò )的擴展或進(jìn)行智能感測的多傳感器系統或一次性傳感器的部署，阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

 

所以需要一種替代方法，最理想的是不用依賴(lài)笨重又昂貴的電池、微控制單元(MCU)及相關(guān)電路。許多連接的傳感器大部分時(shí)間都處于待機或睡眠模式以延長(cháng)電池使用時(shí)間，僅在被喚醒與主機系統交換小數據包期間，才需要電源和智能。如果傳感器可以暫時(shí)由外部電源供電，并且大部分數據處理都在外部完成，便可實(shí)現具性?xún)r(jià)比的傳感器網(wǎng)絡(luò )的擴展，并使多感測傳感器或一次性傳感器等創(chuàng )新在經(jīng)濟上可行。

 

有一種技術(shù)可以提供解決方案：無(wú)線(xiàn)無(wú)源傳感器已經(jīng)可由存儲器加載，通過(guò)無(wú)線(xiàn)閱讀器詢(xún)問(wèn)或重寫(xiě)，并由閱讀器傳輸的RF場(chǎng)中的能量激活。傳統的RFID通信標準已得到驗證，是穩定可靠的，提供了將感測功能與傳統電子傳感器所需的電源和控制電路分開(kāi)的、開(kāi)發(fā)新的智能無(wú)源傳感器的強大平臺。

 

智能無(wú)源傳感器 智能無(wú)源傳感器可以更大地發(fā)揮RFID技術(shù)和標準所具的潛力，以支持便利和高能效的無(wú)線(xiàn)數據交換。圖1顯示了智能無(wú)源傳感器的關(guān)鍵功能元件，包括天線(xiàn)、刺激檢測器和傳感器塊控制IC，通過(guò)集成一個(gè)印制天線(xiàn)和刺激檢測回路及一個(gè)射頻IC來(lái)實(shí)現無(wú)源傳感器標簽功能。

 

智能無(wú)源傳感器使用行業(yè)標準UHF Gen 2協(xié)議進(jìn)行通信，并且可以用合適的RFID閱讀器讀取。一些固定或手持式商用閱讀器已經(jīng)通過(guò)了標簽和功能驗證。安森美半導體的智能無(wú)源傳感器生態(tài)系統提供了一種電池供電的便攜式閱讀器，內置天線(xiàn)、圖形用戶(hù)接口和物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)功能，可作為收集傳感器標簽數據的中樞。

 

當閱讀器啟動(dòng)通信時(shí)，自調節傳感器IC通過(guò)測量刺激回路中的阻抗變化來(lái)檢測濕度或壓力，并將這些數據以及來(lái)自片上溫度傳感器的數字化溫度數據發(fā)送給閱讀器。傳感器監測幾個(gè)參數，包括檢測距離、運動(dòng)或存在的接收信號強度（RSSI）以及溫度和濕度。每個(gè)傳感器還有一個(gè)可編程的EPC代碼作為唯一的識別標識。RFID前端自動(dòng)補償環(huán)境變化，以感測濕度、壓力和其它參數。

 

圖1：智能無(wú)源傳感器將RFID技術(shù)與無(wú)源、無(wú)MCU的先進(jìn)感測塊結合起來(lái)。

 

 

低成本或一次性無(wú)源傳感器可使大量重要的應用受益。例如，通過(guò)監測數據中心服務(wù)器機架內或工業(yè)電源開(kāi)關(guān)內高功率斷路器連接處多個(gè)位置的溫度，可以監控溫度變化趨勢，快速檢測異常升高的溫度，以便進(jìn)行預防性維護或采取糾正措施。智能無(wú)源傳感器直接連接到金屬外殼、器件封裝或散熱片等部件，可對所有傳感器射頻范圍內的閱讀器發(fā)出的周期性詢(xún)問(wèn)作出響應。

 

圖2所示的監控策略基于智能無(wú)源傳感器和連接到云的RFID閱讀器/收發(fā)器，可以提供比人工測溫或熱成像等其它方法更即時(shí)、更具性?xún)r(jià)比的保護設備的方法。

 

圖2：多個(gè)智能無(wú)源傳感器可以高性?xún)r(jià)比地監測幾個(gè)地點(diǎn)的溫度。

 

無(wú)源智能傳感器標簽也適用于數字農業(yè)應用，例如在牲畜監測應用中可以檢查牲畜疾病或驗證牲畜排卵周期。農民還使用RFID標簽進(jìn)行動(dòng)物識別和跟蹤，可注射標簽的行業(yè)標準已經(jīng)確立。通過(guò)在設備或系統方面增加投資，智能無(wú)源傳感器幫助進(jìn)一步改善動(dòng)物健康、提高養殖業(yè)產(chǎn)量。

 

同樣，使用智能無(wú)源傳感器進(jìn)行濕度或壓力檢測已在醫療、工業(yè)測試以及汽車(chē)舒適性和安全性等方面得到應用。在醫療領(lǐng)域，濕度傳感器可以不顯眼地附著(zhù)在醫院床單上來(lái)檢測病人的入住率和床位余量，非侵入式溫度傳感器可以連接到病人的皮膚（圖3），并使用附近的閱讀器無(wú)線(xiàn)監測。

 

圖3：無(wú)線(xiàn)體溫傳感器標簽快速啟用，舒適又方便。

 

更多的應用包括汽車(chē)行業(yè)中的漏水測試：在漏水測試開(kāi)始前將一組智能無(wú)源傳感器快速、高效地安裝在汽車(chē)中，免除了費力的人工探測，同時(shí)簡(jiǎn)化了數據收集和分析。

 

此外，檢測汽車(chē)安全帶狀態(tài)的濕度和壓力感測及額外的距離感測，可以實(shí)現比傳統的座椅內有線(xiàn)或氣囊系統更智能的汽車(chē)占位檢測。智能無(wú)源傳感器能區分人體和置于座椅上的物體，只需很少的額外成本，就可很容易地將感測擴展到后排乘客座椅和可移動(dòng)座椅。

 

從家庭自動(dòng)化和互聯(lián)汽車(chē)到工業(yè)控制、質(zhì)量檢測、農業(yè)、醫療、建筑、供應鏈管理等眾多應用中，智能無(wú)源傳感器標簽還可完成許多其它的漏水檢測、占位感測和溫度或濕度水平監測。

 

 

智能無(wú)源傳感器為無(wú)處不在的感測帶來(lái)了新的選擇，可以監測壓力、溫度、濕度或距離，消除了體積、功耗和成本等傳統的智能傳感器考慮的問(wèn)題。設備設計人員現在可以將智能系統和物聯(lián)網(wǎng)擴展到過(guò)去難以接近的區域和應用中，而不受尺寸的限制或價(jià)格的制約。

 

本文轉載自電子技術(shù)設計。作者：Greg Rice，安森美半導體公司