照片來源:凌力爾特
WSN無線感測網路(或稱無線感知網路)與能量採集(Energy Harvesting)技術在節能掛帥的近幾年成了新興技術中深具成長潛力的項目。兩種技術的發展其實是相輔相成，前者帶動能量採集技術的發展，而能量採集技術的成熟則會加速無線感測網路的佈建應用。
無線感測網路多元發展
隨著IEEE 802.15.4標準發表後，為無線感測網路建構了一個絕佳的無線電平台。在此一架構下，透過所銜接的感測模組，可監測例如溫度、溼度、車輛流動、壓力、速度及方向等參數，因此無論在通訊、國防軍事、電腦網路、家庭自動化、保全偵測系統、環境監控及個人醫療照護等領域，都非常具有應用的潛力。IEEE 802.15.4定義了一個2.4 GHz的16頻道展頻低功耗實體層(PHY)，可在此基礎上建構許多物聯網技術，其中包括ZigBee與WirelessHART。這兩項技術形成當前WSN技術發展主軸，多數廠商選擇ZigBee發展，而ZigBee聯盟也戮力在各種應用上促成標準化；不過基於WirelessHART技術的Dust Networks(已為凌力爾特併購)累積成千上萬的佈建經驗，致力追求低功耗讓所有節點能使低成本電池連續運行達數年之久，並能運用各種不同的能源，其中包括從環境採集的能源。本期無線感測網路專文即由凌力爾特Dust Networks 產品事業群總裁Joy Weiss介紹低功耗無線感測網路技術的發展，內容精采。
能量採集晶片陸續問世
能量採集是指經由”收集”熱,震動,光及電磁波等身邊的微量能源，使其轉換成電力的技術，其理念是有效利用平時捨棄的微量能源，省去更換電池、佈線與維護等麻煩。此技術開發歷史悠久但開始進入實用化是從2000年前後開始，發電元件轉換效率快速提高成為推動因素。2012年七月麻省理工學院宣佈開發出一種晶片，能夠蒐集來自光、熱與震動產生的電力，藉此驅動諸監控系統。半導體產業也不惶多讓，包括Linear、TI、 ST等廠商也相繼有解決方案推出。 像TI便推出業界最低功耗 DC/DC 降壓轉換器TPS62736 DC/DC 轉換器，提供高電源轉換效率，輸出電流範圍為 10 uA 至 50 mA，運作功耗僅 350 nA，待機功耗僅 20 nA。在高於 15 uA 輸出電流下，該轉換器仍可達到超過 90% 的電源轉換效率。TPS62736 DC/DC 轉換器可將終端應用能使用採集能源提升達 70%。該超低功耗電路可實現於各種無須電池供電的應用，如無線感測器網路、監控系統、煙霧感測器、可攜式醫療設備及行動裝置配件等。
此外，TI 近期也發表 MSP430FR59xx 微控制器系列樣品，採用 Wolverine 技術平台架構。這些以 FRAM 為基礎的最新微控制器可在即時時脈模式下，維持360nA 低運作電流和 100 uA/MHz 超低功耗，並支援 6.5 us 快速喚醒時間 (wakeup time) 和高精度週邊設備。
意法半導體則是以雙介面記憶體，包括新推出的16-Kbit產品，配備一個低功耗的I2C介面和一個13.56-MHz ISO15693非接觸式無線射頻介面。這個射頻介面可採集周圍RFID電子標籤讀寫器發射的無線電波，並將採集的無線電波轉化成輸出電壓，驅動其他的電子元件。意法半導體成功地實現M24LR16E無線記憶體的能源採集功能，這款晶片透過採集的能源點亮發光二極體(LED)指示燈，以及為免電池的STM8L Discovery評估板供電。其他的潛在目標應用包括電子紙裝置，如電子貨架標籤、工業自動化、感測與監視系統以及個人健康照護系統。
圖為2012年能量採集市場值,以百萬個裝置/每百萬美元價值
來源: IDTechEx報告 Energy Harvesting and Storage for Electronic Devices 2012-2022: Forecasts, Technologies, Players
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