罗姆布局无需电池、无需布线、无需维护的传感器技术

2020-07-13      1023 次浏览

无需电池、无需布线、无需维护。具有这些特点的EnOcean无线通信技术是基础设施管理、保健等领域获取各种数据的最佳选择半导体公司罗姆抱着这样的想法,将利用EnOcean公司的无线通信技术,开展获取大数据方面的业务。


EnOcean是由原西门子员工于2001年创办的一家供应半导体产品的无厂风险公司。虽说是风险公司,但实力却不容小觑。推动EnOcean技术开发的行业团体EnOceanAlliance在全球拥有300多家成员公司,其中有村田制作所、欧姆龙、太阳诱电等约30家日本公司。


已被用于25万多栋建筑物


罗姆研究开发本部的谷内光治介绍说,大多数公司采用EnOcean技术的原因是,在面向传感器网络的技术中,EnOcean明显优于其他无线通信技术。该技术最大的优势在于不要电池(图1)。EnOcean技术是专为传感器网络开发的,通信所需能量远远小于其他无线通信技术。具体来说,耗电量是ZigBee的1/10以下,蓝牙的1/100以下,WiFi的1/1000以下。


图1:EnOcean产品的内部基本构成


配备能量转换和传感器等功能,无线传感器模块无需电池。


摘自EnOceanAlliance的演讲资料。罗姆供应。


EnOcean不仅能耗小,还具备其他无线通信技术没有的特点利用了能量采集(环境发电)技术。能够把动作、振动、温度、光等转化而来的能量用于无线通信。因此,EnOcean可以不使用电池。


EnOcean的市场已经成形,以欧美为中心,包括学校、写字楼、机场、车站、厂等在内,现在已经有25万多栋建筑采用了这项技术*1,有100多家公司推出了1000余种与EnOcean技术兼容的产品(图2)。与过去的无线开关相比,这些产品都具有无需内置电池等特点。


图2:EnOcean产品示例


摘自EnOceanAlliance的演讲资料。罗姆供应。


*一日本的办公楼、购物中心、厂等也已经开始采用。


例如,使用EnOcean技术的照明开关是利用开关动作出现的能量无线传输信号,不需电池就能工作;检测门窗开闭状态的传感器则是利用室内微弱的光线发电,无线传输开关信息,也不用电池。


在支持白金频带上拥有优先权


在众多公司纷纷推出使用EnOcean技术的产品之时,罗姆发展EnOcean技术的力度之大引人注目。2012年十月,罗姆成了EnOceanAlliance的推广公司(promotor)。包括罗姆在内,推广公司在全球只有9家,亚洲只有罗姆1家。也就是说,罗姆是开拓亚洲地区巨大市场的核心,有广阔的空间发挥其力量。实际上,罗姆在2013年四月已经开始面向日本和亚洲其他地区的客户销售EnOcean产品。


有关EnOcean产品,罗姆的目标是结合自主技术,推出独家产品。


为此,该公司现在正在大力开发使用传输特性优异的白金频带,也就是928MHz频带的EnOcean产品。按照标准要求,目前的EnOcean产品在日本要使用315MHz频带。使用315MHz频带时,EnOcean产品的通信距离约为30m。通信距离虽然远于ZigBee(15m左右)、蓝牙(10m左右)、WiFi(10~15m),但没有决定性的差别。


而假如使用928MHz频带,通信距离可以延长到100m左右。而且,关于928MHz频带的EnOcean产品,罗姆目前在销售上拥有优先权(谷内光治)*2。该公司的目标是在2013年底前后开始量产。这样的话,与其他经营EnOcean产品的公司相比,罗姆的产品就会实现明确的差异化。


*2罗姆正在作为推广公司,为把928MHz频带纳入EnOcean标准而积极开展活动,估计这将使该公司占得先机。


瞄准基础设施监控用途


除了采用新频带以外,罗姆还为EnOcean技术设想了一个很有前景的用途获取大数据,例如桥梁和高速公路等基础设施的监控用途。也就是在这些基础设施上安装大量使用EnOcean技术的加速度传感器等装置,随时测量振动值等数据*3。


*3一检测到异常,可马上开展详细的检查和维护。


关于安装在基础设施上的传感器来说,无需电池的EnOcean技术是理想的选择。因为关乎人命的基础设施不允许出现传感器电池耗尽而停止工作的现象。但是,假如为了防止这种情况而频繁更换电池,维护工作就会变得很麻烦(罗姆)。


把EnOcean技术运用于基础设施也面对着问题即使利用928MHz频带,使通信距离达到100m左右,也不能满足要。为此,罗姆正在探讨使用928MHz频带是否有可能使EnOcean技术的通信距离延长到1km左右。


实现的重点在于如何有效利用能量采集技术创造的有限的电能。罗姆为此制定的方针是积极采用自主技术。比方说,罗姆拥有半导体非易失性逻辑技术这项自主技术。现行半导体的逻辑电路存在易失性,电源基本要一直保持打开的状态。而使用非易失性逻辑技术的话,就可以在通常状态下关闭电源,只在处理时打开电源,待处理结束后,再马上关闭电源。利用这项技术,可以大幅减少EnOcean产品的耗电量。


重视面向医疗的体域网


在获取大数据这个用途中,除了基础设施,罗姆还看好另一个用途,那就是面向医疗和保健等领域的近距离无线通信网络体域网(BAN)。例如,把基于EnOcean技术的创可贴型传感器贴在皮肤上来收集脉搏、体温等人体数据。这种用途虽然无需基础设施那样长的通信距离,但是,在通信距离相同的情况下,耗电量低于其他无线通信技术的特点可发挥用途(罗姆)。


把EnOcean技术用于BAN的课题在于难以通过能量采集发电。这是因为贴在皮肤上的使用方法很难应用太阳能发电方式,而且不容易把振动有效转化成电能(罗姆)。为此,罗姆现在正在研究配备纽扣电池等方法。


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