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永久續(xù)航|低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備利用能量采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)源運(yùn)行

（2024年11月23日更新）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步加快了一切智能化的進(jìn)程，數(shù)億傳感器形成了物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，幫助人們實(shí)現(xiàn)生活方式和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，特別是隨著全球碳中和和數(shù)字經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的共識(shí)，越來(lái)越多的行業(yè)開(kāi)始將物聯(lián)網(wǎng)融入自發(fā)展轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略規(guī)劃。

芯片采購(gòu)網(wǎng)專注于整合國(guó)內(nèi)外授權(quán)IC代理商現(xiàn)貨資源，芯片庫(kù)存實(shí)時(shí)查詢，行業(yè)價(jià)格合理，采購(gòu)方便IC芯片，國(guó)內(nèi)專業(yè)芯片采購(gòu)平臺(tái)。

各行各業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行智能升級(jí)

物聯(lián)網(wǎng)作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要支撐，以其可靠的數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理能力一直受到各大行業(yè)的追捧。然而，隨著行業(yè)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，一些行業(yè)專家擔(dān)心物聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)。根本原因是傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生命周期內(nèi)的持續(xù)供電問(wèn)題無(wú)法解決。

根據(jù)Statista預(yù)計(jì)到2025年，世界上將有750多億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，其中數(shù)十億甚至數(shù)百億臺(tái)將依靠布線或定期更換電池供電。對(duì)于已經(jīng)部署或需要部署大型物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)來(lái)完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的企業(yè)來(lái)說(shuō)，這種模式帶來(lái)的人力物力成本將極高，這也極大地限制了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的上限。

大型制造業(yè)，如化工廠，部署了大量傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

近年來(lái)，在智能工業(yè)、智能醫(yī)療、智能家居等領(lǐng)域，新興應(yīng)用，如智能手鐲、智能醫(yī)療身份卡、智能溫度計(jì)等物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，不僅實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能需求，而且需要低功耗，減少頻繁更換電池或頻繁充電造成不良用戶體驗(yàn)。

此外，尺寸限制也挑戰(zhàn)了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的定位標(biāo)簽（UWB）例如，這些產(chǎn)品通常很小，可以更方便地部署到移動(dòng)工業(yè)設(shè)備、材料倉(cāng)庫(kù)，如叉車，甚至附加到員工的衣服上，并繼續(xù)跟蹤監(jiān)控對(duì)象的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)。這意味著管理員可以監(jiān)控運(yùn)輸和交付，準(zhǔn)確跟蹤原材料庫(kù)存，提高人員安全，減少召集和救援行動(dòng)所需的時(shí)間。

此外，在功能方面，該產(chǎn)品還需要提供持續(xù)的高精度跟蹤或緊急按鈕功能。在各種嚴(yán)格的條件下，產(chǎn)品必須在低功耗模式下完成相應(yīng)的任務(wù)，這無(wú)疑對(duì)電池尺寸和設(shè)備壽命提出了更高的要求。

工業(yè)定位標(biāo)簽一般對(duì)體積要求較高

為了解決這些問(wèn)題，工程師們也試圖延長(zhǎng)電池壽命，以減少更換頻率，如近年來(lái)火災(zāi)中的低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）該技術(shù)可以支持終端設(shè)備的電池壽命為五到八年，以優(yōu)化功耗。但相應(yīng)地，用戶也需要為更長(zhǎng)的電池壽命付出代價(jià)。該技術(shù)延長(zhǎng)電池壽命的主要原因是它限制了極低的帶寬和數(shù)據(jù)上傳頻率，大多數(shù)LPWAN技術(shù)每天只能發(fā)送不到1000字節(jié)的數(shù)據(jù)，或者每秒發(fā)送不到5000個(gè)數(shù)據(jù)。大部分時(shí)間被迫休眠或低功耗模式，依靠電池提供極低的功耗來(lái)維持運(yùn)行。

使用這種低功耗技術(shù)確實(shí)可以延長(zhǎng)設(shè)備的壽命，但低頻數(shù)據(jù)傳輸將使管理員嚴(yán)重滯后，如果監(jiān)控對(duì)象是工業(yè)電機(jī)、化工管道等高數(shù)據(jù)及時(shí)性產(chǎn)品，不同步數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致嚴(yán)重的操作生產(chǎn)事故。

工業(yè)電機(jī)意外停機(jī)容易造成巨大損失

與芯片、傳感器等部件的性能更新速度相比，電池技術(shù)的進(jìn)步迭代尤為緩慢。一些行業(yè)公司開(kāi)始積極探索其他可以為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備供電的方法，如從環(huán)境中收集各種微弱的能量，并將這些能量轉(zhuǎn)化為低功耗設(shè)備供電的后端，因此無(wú)需受外部電池或有限電源的限制，實(shí)現(xiàn)能量自給自足。這種技術(shù)被稱為能量收集技術(shù)。

與傳統(tǒng)或布線為傳統(tǒng)設(shè)備供電的原始設(shè)備TexasInstruments代理不同的原因是，能量收集是指通過(guò)收集當(dāng)?shù)丨h(huán)境的能量——無(wú)論是光能、溫差能、振動(dòng)能、射頻能還是其他形式轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，這樣產(chǎn)生的電能都可以儲(chǔ)存在電容器或充電電池中，以維持物聯(lián)網(wǎng)電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

飛英思特能量采集技術(shù)

飛英思特憑借多年的能源采集技術(shù)研究，推出了低功耗物聯(lián)網(wǎng)供電的微能源管理模塊，大大降低了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)電池的依賴，甚至在滿足條件的前提下實(shí)現(xiàn)了無(wú)源永久耐久性。

與電池固有的能量密度不同，環(huán)境中的能量普遍較弱和分散。收集這些能量并不容易，但隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景必須多樣化。通過(guò)對(duì)能量采集技術(shù)各方面的不斷優(yōu)化，飛英思特在光能采集領(lǐng)域創(chuàng)新地實(shí)現(xiàn)了低至50lux(晴天室外照明3萬(wàn)萬(wàn)lux—130000lux/室內(nèi)日光照度1000lux）在低照度環(huán)境下，能源管理效率高達(dá)98%，遠(yuǎn)高于國(guó)外企業(yè)同照度下的能源管理效率。

飛英思特推出的微能管理模塊在如此低的光照下成功獲取能源，保持設(shè)備長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，也意味著飛英思特推出的智能建筑、農(nóng)業(yè)種植、工廠等弱光場(chǎng)景提供無(wú)源無(wú)線供電解決方案。此外，無(wú)電池設(shè)計(jì)對(duì)整體投資成本也有明顯優(yōu)勢(shì)，假設(shè)工廠使用數(shù)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管道監(jiān)控供電，那么以后定期更換這些設(shè)備必然會(huì)產(chǎn)生昂貴的勞動(dòng)力和物質(zhì)資源成本，使用無(wú)源無(wú)線供電方案，將不需要如此高頻的維護(hù)，可以節(jié)省大量成本。

飛英思特模組為各種場(chǎng)景提供免電池解決方案

除了能源收集的效率外，另一個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，這與能源收集和管理密切相關(guān)。例如，太陽(yáng)能可以在白天通過(guò)收集可用的陽(yáng)光來(lái)運(yùn)行。然而，如何確保設(shè)備的穩(wěn)定性已成為夜間無(wú)光源問(wèn)題的關(guān)鍵。由于精細(xì)的能源管理技術(shù)，飛英思特推出的微光能管理模塊可以在白天連續(xù)捕獲環(huán)境中的微光能，并將多余的能量?jī)?chǔ)存在電容器中，以支持設(shè)備在夜間無(wú)光源的正常運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)不間斷、可靠的運(yùn)行。

飛英思特還推出了不同系列的微能管理模塊，以滿足多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景，如REVOMINDSFEH610是專為光能設(shè)計(jì)的微光能管理模塊，REVOMINDSFEH710則是可在±在2攝氏度溫差環(huán)境下取能TEG此外，還有溫差管理模塊REVOMINDSFEH620，復(fù)合環(huán)境能量管理模塊可應(yīng)用于微光能、射頻能、微動(dòng)能采集和管理。開(kāi)發(fā)工程師可以以多能量采集的形式使用REVOMINDSFEH620輕松設(shè)計(jì)無(wú)源無(wú)線產(chǎn)品，可收集和管理各種能源，進(jìn)一步提高產(chǎn)品能源供應(yīng)的多樣化和穩(wěn)定性，提高設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。

飛英思特復(fù)合環(huán)境能量管理模塊FEH620

另一方面，由于微能管理模塊的高度集成設(shè)計(jì)，模塊體積進(jìn)一步縮小，不僅消除了電池供電的固有缺點(diǎn)，而且為后續(xù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)節(jié)省了大量的時(shí)間成本BOM成本。工程師只需將傳感器(如光伏電池)插入能量收集模塊，然后將后端電路連接到輸出。無(wú)源產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)可以快速實(shí)現(xiàn)，無(wú)需過(guò)多的工程研發(fā)。例如，飛英思特的無(wú)源無(wú)線供電方案可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域的熱管監(jiān)測(cè)傳感器、工業(yè)電機(jī)監(jiān)測(cè)傳感器、智能家居領(lǐng)域的門磁、溫濕度計(jì)、零售行業(yè)的電子價(jià)簽等小型設(shè)備。

隨著數(shù)字時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的企業(yè)將開(kāi)始采用免電池供電方案，這不僅減少了污染物的產(chǎn)生，而且節(jié)省了相當(dāng)大的成本。特別是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的快速增長(zhǎng)必然會(huì)大大提高成本，這種可持續(xù)、性價(jià)比高的無(wú)源供電方案無(wú)疑更具優(yōu)勢(shì)，可以幫助各行各業(yè)以低成本完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。