当无源物联网闯入日常生活……

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正值CES 2022举办之际,三星在此之前接二连三地发布的包括手机、电视、显示器等在内的一系列新品现场亮相,这让原本稍显冷清的 CES 2022 热闹了些许。

在琳琅满目的新产品中,有关其中一个新产品的描述是这样的:

在三星为其2021 年的电视推出太阳能供电的环保遥控器之后,三星又推出了一个新版遥控器,名为 Eco Remote,该遥控器采用了一个非常特别的技术。

除了与之前的环保遥控器一样,可以用太阳能充电以外,三星还在这个遥控器中增加了射频采集功能,让遥控器通过“收集路由器的无线电波并将其转换为能量”来充电。除了新的射频采集功能外,Eco Remote 可以通过室外和室内光线或通过 USB-C 充电。

 

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从上面的内容中,我们可以捕捉到了一个重点:遥控器可通过收集路由器的无线电波并将其转换为能量来充电。

经了解,这个为环保而生的遥控器是三星在环保路上迈出的又一大步。早在去年,三星就推出一款环保型遥控器,旧版本用太阳能发电取代了传统的干电池能源。这次所谓的非常特别的技术事实上也并没有那么神秘,换句话说,就是新版本除了利用太阳能以外,还能将WiFi 的射频信号转化成能量,实现WiFi充电。

而这不就是我们平常所说的无源物联网吗?

无源物联网,从三星遥控器到家电应用畅想

射频能量采集听起来有点像低调的魔术,但它实际上是一项相当成熟的技术。它依赖于将电磁能(如WiFi路由器或其他设备产生的电磁能)转化为直流电能,一些小型电子产品就可以使用。

因为WiFi 发电产生的能量非常小,确实也仅适用于诸如遥控器、可穿戴等这类的低功耗终端设备,暂时无法在各类电器中大范围铺开。在报道中,三星虽然没有说2022年的这款遥控器在单独使用射频能源的情况下可以持续的时长,但太阳能和射频采集的结合应该意味着这款遥控器出现没电的情况基本不会发生。

在我们日常适应的其他家电中,由于本身就需要用到电能,因此互联需要的耗能在家电这里根本就不是问题。但是,未来或许会产生较大的改变。

首先,越来越多的家电走向无线化,家里的吸尘器、洗地机都不再拖着长长的电源线,咖啡机、电热水杯、果汁杯这些家电也都有变成便携产品的需求。

其次,未来会有越来越多的原本不接入市电的设备接入物联网,那么这些离线物品如何供电?

那么,未来无源物联网技术得到更长足的发展之后,在小型家电应用这块市场或许会有一定的发展空间。

无源物联网改写环保新篇章

当我们谈到设备无线化、原本离线物品在线化后供电这两个问题时,或许最容易想到的解决方案是电池供电,干电池、纽扣电池用在耗能少的地方,可充电电池包用在耗能多的地方。因此电池的需求一下子空前地高涨起来。

根据中国轻工业信息中心整理的数据了解到:

2021年1-8月,全国电池制造业主要产品中,锂离子电池产量146.0亿只,同比增长38.7%;铅蓄电池产量15518.7万千伏安时,同比增长18.7%;原电池及原电池组(非扣式)产量275.7亿只,同比增长7.2%。

2021年8月,全国锂离子电池完成产量19.0亿只,同比增长5.4%;铅蓄电池产量2134.4万千伏安时,同比增长8.8%;原电池及原电池组(非扣式)产量36.9亿只,同比下降2.0%。

然而,电池在解决问题的同时,随之而来的是环保方面的巨大挑战。而我们知道,无源物联网的最大优势,就是完全不需要电池。

1、减少电池更换的人力成本和电池组件成本。我们常说,NB-IoT技术能让一些终端的电池使用周期长达10年,而无源物联网终身不需要。

2、不用电池,有利于环保。单个电池虽然很小,但千亿级的数量规模,环保影响不容小觑。

3、没有电池,终端的体积可以进一步缩小。例如RFID标签,做成一个小贴片将大大有利于终端设计。

WiFi以外,无源物联网还可以基于哪些通信?

几年来,无源物联网一直默默发展,而最近又一次得到业界的关注,这与各类通信技术的快速发展不无关系。如今,除了前文所提的WiFi以外,无源物联网已扩展到基于蓝牙、LoRa、NB-IoT、5G通信技术的无源互联。

日常生活中,我们被各种无线电信号包围着,通过这些信号所能收集的能量虽然非常微量,但对于大量无源物联网节点的工作来说已经足够,而且可借助信号实现数据的回传。

基于RFID的无源物联网

目前, RFID技术是我们最为熟悉、应用最广泛的无源物联网技术。目前,这种方案的无源物联网产品出货量已达到每年数百亿的级别。NFC作为高频RFID的一种,通过NFC充电的方式可以减少单独的无线充电组件的需求,降低天线在设备内部的占用面积,对于可穿戴设备来说是个不错的无线充电解决方案。

基于蓝牙的无源物联网

无源蓝牙低功耗传感器标签无需供电,也可完成感知、存储和通信,该标签通过收集周围的无线射频能量来为其供电,并借助这些能量发送标签唯一标识码的数据以及传感器读数。一家名为Wiliot的初创公司,其产品正是一款无源蓝牙低功耗传感器标签,因为不需要外加电池,因此该产品的尺寸仅是邮票大小,能便捷地粘贴在各种物品之上。

基于LoRa的无源物联网

2017年,美国华盛顿大学电子工程学院的研究人员采用线性扩频技术,提升无源标签回传能力,并与商用的LoRa设备兼容,形成基于LoRa的反射调制系统。在测试中,研究人员成功地从射频源和接收器之间相隔475米的任何位置可以实现无源节点反射调制,成功回传传感器信息;将无源节点与射频源位于同一位置时,接收器最远可达2.8公里。

基于5G的无源物联网

通过5G蜂窝网络支持无源物联,一个难点是无源终端节点如何获取能量,另一个难点在于如何实现长距离回传,尤其是后者的难度更大。因为无源终端通过各种方式获得的能量是非常微弱的,回传路径过长,信号会快速衰减。目前在实验室阶段最先进的技术,已经可以做到在180米的范围内,收集特定频段的5G射频能量,采集到约6μW的电力。

写在最后

随着全球思维从制造更多能源转变为使用更少能源并利用周围环境的能源,希望将无源的观点带入到更多的物联网应用中,相信未来还将会有更多的通信技术加入到无源物联网的应用中。例如,此前了解到的Next G联盟也正致力于无源的特点加入到6G规划路线中,或许我们也可以期待下无电池6G的到来。

可以预见,未来,无源物联网将会入侵我们日常生活中。

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