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  • Energy harvesting power for the Internet of Things

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能源遍布各处,触手可及;但需要采集。 这就是能源采集原则的由来。 今天,能源采集无线解决方案已经在商业楼宇自动化领域普及。 但这项技术其实才刚刚起步。 我们将发现,无电池、无线通信的全新应用领域将会面世,进一步优化我们周围的世界。

交换机、传感器和中继接收机的互联,构成了智能系统。 经由网关解决方案,无电池组件能够集成到基于其它通信协议,如BACnet、TCP/IP、LON等的网络中。 提供者: en

目前,涌现出大量种类繁多、基于能源采集无线技术、面向联网楼宇的能源自治应用,它们使用运动、光或温差,作为其能源,例如无电池交换机;智能窗户把手;温度、湿度和光传感器;占用轨道检测器、热控制阀门;以及智能家庭系统等。 但是,楼宇自动化还远不是能源采集无线技术的终极应用。

多重互联

现在每个人都在谈论物联网(IoT)。 但究竟该如何为数十亿通信设备供电? 答案就是通过能源采集,其原因非常简单: 使传感器不再受外部电源约束,让它们真正能源自治,为布线或电池构成难以逾越障碍的处理和监控应用,提供了无限可能性。 借由这些特性,能源收集无线技术成为理想通信标准,能够在一个系统中轻松、可靠地互联数千个独立设备,并将它们与其它无线协议联网。

今天,能源收集无线技术正在广泛普及,在楼宇自动化领域提供M2M解决方案,将对于照明、HVAC和其它楼宇技术领域的管理,与智能楼宇、智能计量和能源管理系统相连接。 这是推动更多应用面世,从长远角度,最终实现IoT的起点。 以下从四个类别角度对其进行了详细介绍。

监督和控制

无线和无电池技术大幅简化了楼宇能源监督和控制,且几乎不会影响到现有系统的运行。 无线设备的安装极为灵活,因此,无需复杂布线,就能轻松地将各组件、墙壁开关、传感器和中继接收机联网,形成一个智能系统。 此外,无需电池,就摆脱了需要定期(至少每年)维护设备能源供应的负担。

HVAC控制就是这种灵活自动化系统的一个实例。 此时,一个自动调温器、VAV(变风量系统)或风机盘管控制器从相应的无电池传感器接收使用率、温度、湿度、窗口位置或二氧化碳 量等信息,控制VAV系统散热器或气流调节器的阀门驱动装置的开合。 同时,控制器将状态信息发送到中央楼宇自动化系统,并接收来自BAS的控制信息。 藉此,可从远离楼宇的中央位置,监控楼宇,以及实施楼宇相关设置,如假期关闭等。 利用能源采集技术的进步,产品方面也取得了巨大飞跃。 自供电散热器阀通过热水和周围空气的温差而产生电能。 此电能支持与控制器或BAS系统的通信,并转动阀门本身。 因为无需布线或电池,这些无线设备极易安装,且不用维护。

在进一步优化的系统中,锅炉或空调机组等中央设备集成到无线通信系统中,实现可扩展HVAC发电,可通过互联网,在PC、平板电脑或智能手机上查看及控制。

执行任务

鉴于其特殊特性,报警系统是无电池无线技术开启的第二个领域。 在此领域,可靠性要求比照明控制领域严格得多。 如果系统故障,不仅意味着误操作,而且会导致其它依赖于所监控设备的系统发生更加严重的后果。 事实上,在大型系统中,电池故障引起的问题要多于电子设备引起的问题。 能源采集技术则解决了这个问题。

来自Kieback & Peter的自供电散热器阀与一个无电池的太阳能房间传感器通信。 该传感器集成一个PIR,创建使用情况简况,阀门控制器根据此简况,针对房间当前使用状况,来调节室温。 提供者: Kieback & Peter

目前已有各种无电池、无线探水器,使用微型太阳能电池或运动电能转换器,来为无线信号传播提供电能,报告宽广工业设施中供水网络的漏水现象等。 例如,在AFRISO通用模块中,易能森无线信号立即将漏水信息发送到一个网关控制器,或直接发送到阀门,从而关闭主水管或受影响的供水管。 同时,还会向用户的智能手机或智能Pad发送一个通知,告知用户事故的发生。 此外,无论是否接到漏水通知,经由智能手机或智能Pad,通过GSM连接,都可开关水阀门。

内嵌处理

当今乃至未来的一个主要能源需求,就是智能电网。 它旨在将集中和分散能源供应者,包括通过光伏设施发电的家庭联网到一个智能系统,仅在需要时供能,且实时更新。 这就需要持续传输和处理来自所有参与方的数据,意味着将有数百万信息采集点。

智能计量系统是一个关键组件。 为了可靠、高成本收益地工作,不同生产商提供的计量仪表间需要具备互操作性;这也正是智能计量需要标准化技术的原因。 因此,易能森联盟的成员已定义了一个特定设备通信协议,即适用于无电池无线设备的自动计量读取(AMR)协议。 目前,已有大量生产商基于此开放协议,生产智能计量系统。 例如,Eltako计量组件通过在楼宇各点采用能源收集无线技术,读取并传输最新用电、用水和用气数据,包括累积计量数据。 BSC软件监控并显示当前计量读数,并将它们与默认值相比较。 藉此,提供所有相关数据,来进行系统处理,实现按需智能能源管理。

与云桥接

经由类似网关,基于标准的能源收集技术也可与以太网、Wi-Fi、GSM/UMTS/CDMA和其它网络通信,集成到 云服务中。 所有无电池无线传感器收集的数据,都会加密并通过互联网传送到云服务。 通过TCP/IP连接控制和查看软件的网关,可用于双向控制所有中继接收机和传感器。 部分生产商已经开发了提供能源管理即服务的云解决方案。 因此,设施经理、楼宇业主和企业,现在能够通过云,随时随地监控重要库存、设备、资产和能源相关信息。 关键楼宇相关数据会自动推送到云,使得业主和经理不必再开展通常极具挑战的协调工作,也不必再支持托管现场服务器的费用。

这是家居自动化与智能能源管理功能相结合的实例。 提供者: 易能森

这种云解决方案的一个主要优势是,管理系统已由生产商预先完成了试运行,后期设备试运行也由专家代表客户完成,从云中推出。 用户可从桌面或智能手机,使用自己的IP地址,无限制地访问其远程专用虚拟服务器-这是形成IoT深度联网世界的前提。

能源收集市场正在蓬勃发展,每年飞速倍增。 预测显示,这一趋势仍将继续,特别是随着下一代能源收集无线解决方案就绪,为物联网的发展铺平了道路,该趋势会更加明显。


Laurent Giai-Miniet是能源收集无线解决方案供应商易能森公司CEO,过去曾在德州仪器效力20年,担任包括低功率RF产品(LPRF)总经理等多个管理职位。

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