克服电池障碍实现无处不在的传感 - 最后

为什么自供电传感器会改变游戏规则

多年来，为物体配备计算设备，使它们能够通过 Internet 传输数据，已承诺彻底改变企业运营和个人的生活方式。尽管物联网 (IoT) 显然正在影响我们的个人生活——通过智能手机、联网恒温器、可穿戴健身追踪器，甚至监测我们饮酒习惯的水瓶——但它普及的速度比专家预测的要慢，而且远在工业企业中的普及速度低于预期。

万亿电池问题

2012 年，IBM 预测到 2015 年将有 1 万亿台联网设备 .世界并没有接近这个数字。 IBM 的万亿设备预测的含义之一是容量——即保持这些万亿 IoT 传感器收集、分析和发送数据所需的万亿电池。迄今为止，电池寿命一直是大多数创新的重点。在 2017 年京都 VLSI 电路研讨会上发表的一篇论文描述了业界正在努力延长物联网设备电池寿命的新方法。

让我们假设该行业最终实现了平均物联网电池 10 年使用寿命的目标。在一个拥有万亿设备的世界中，每天需要更换多少电池？答案：273,972,603。更糟糕的是，如果行业未能实现该目标并且电池寿命仅为两年，这意味着地球上的每个人（总共 74 亿人）每五天更换一次电池。

我们不能每天更换超过 10 亿块电池。即使在最好的情况下，为 1 万亿个物联网设备供电每天也需要更换 2.74 亿块电池。这是假设这些电池都达到了 10 年的完整预期寿命。显然，这不是一个可行的计划。

我们可以在午餐前更换第一批 1.37 亿块电池吗？

让我们用现实世界的术语来说明这一点，以反映您可能如何在自己的业务中实际利用物联网。

想象一下，您要在您的设施中部署 10,000 个工业物联网设备——这些传感器被战略性地放置，以传输有关机器和设备的健康和性能的实时数据，监控各个部门的温度和空气质量，检查可能产生的毒素泄漏，以传达您的蒸汽系统、暖通空调系统和其他重要基础设施的状态。

假设这 10,000 块电池的平均寿命为 5 年的乐观概念，您的团队每年将更换大约 2,000 块电池，或者每天更换大约 5 块（想想家用烟雾探测器问题，但需要使用类固醇）。根据我们所谈论的设备类型，更换电池本身的成本可能从几美元到几百美元不等。或许更令人担忧的是，通过远程传感器更换电池的成本通常远高于电池本身的成本。

所有这些都有助于解释为什么，根据机械工程师学会 2017 年的一份报告，“必须淘汰电池才能使物联网蓬勃发展 。”这是最基本的问题——业界关注的是电池寿命，而不是完全消除对电池的依赖。

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电池供电的传感器需要手动维护
最明显的问题是所有电池最终都需要更换。正如我们之前指出的，访问和更换废电池的成本——因为这些过程仍然必须手动完成——在资源和工时方面通常比新电池本身的成本高得多。这种频繁的手动工作需要立即破坏连接传感器的核心价值。

有限的生命周期会导致关键任务数据出现缺口
电池失效的必然性可能会产生超出检查和更换电池所需的边际劳动力和资本资源的后果。除非监督工厂物联网传感器的团队立即发现电池没电并能够快速到达传感器并更换它，否则工厂将永久丢失传感器在此期间收集和传输的任何数据。更糟糕的是，无线传感器网络中的电池会很快耗尽，即使经过精心管理也是如此。

由于工厂的某些传感器会记录和传输对安全和合规性至关重要的数据，因此电池电量耗尽会给企业带来重大危害。

为了延长电池寿命，传感器通常配置为不那么频繁地传输数据
理想情况下，工业工厂的物联网设备——例如，位于工厂化学操作附近的传感器，用于持续监测大气中的有毒泄漏——应该非常频繁地传输其数据。一分钟更新几次是理想的。

但是每次数据传输都会消耗电力。因此，为了延长电池寿命，许多物联网传感器被配置为传输数据的频率远低于理想情况——有时甚至每 24 小时一次。

这可能会使工厂的操作员无法准确了解传感器正在捕获的数据。

物理尺寸会限制传感器的功能
电池通常是物联网传感器系统的最大部分，这让工程师无法选择将哪些电池添加到他们的传感器中。此外，电池的尺寸、重量和尺寸通常限制了传感器的实用性。这是因为电池的物理特性会限制传感器可以执行的应用类型以及电池可以在传感器板上与哪些其他组件共存，以及可以部署的位置（由于需要，嵌入式位置不受限制）电池更换）。

可能存在的安全风险和环境危害
美国国立卫生研究院 (NIH) 报告 物联网传感器中常用的锂电池“可能会因潜在的有毒材料而对环境污染和对人类健康造成不利影响。”

在全球范围内持续部署电池供电的物联网设备——特别是如果这些设备如预期的那样以数十亿或数百亿的速度推出——尤其令人担忧。

无电池解决方案
工业物联网革命的解决方案：一个端到端的系统，它将所有必要的组件汇集在一起​​，形成一个完全开发的、无处不在的传感解决方案——围绕完全自供电的无线物联网传感器构建。

新的专利核心半导体和无线网络技术使设备能够在低水平的环境收集能量下运行，产生足够的功率来无限期地实现超低功耗运行。 传感器连续工作，永远不需要电池。

能量来自多种来源——包括低水平的室内太阳能、室外太阳能、热电效应（捕获由温度梯度产生的环境能量），以及通过压电材料（如某些晶体和陶瓷）的振动，甚至来自无线电波在环境中传播。与其他利用能量收集的“低功耗”但单一用途的电子元件不同，新的完整传感器设备不仅可以使用多个传感器收集一系列数据，还可以无线处理、分析和传输这些数据——所有这些都在网络上进行。相同的电池更少的功率预算。

将自供电系统视为“永远的传感器”，因为它们可以部署而无需担心对其进行物理检查以进行维护或电池电量检查。

电池问题阻碍了工业物联网 (IIoT) 的采用，并剥夺了工业公司的重大利益，例如可以生成前所未有的可操作智能的无处不在的传感能力。该解决方案是一个集成的全栈普适传感平台，其中整个环境——物理传感器、数据捕获和处理功能、无线通信、分析和报告软件平台——旨在作为一个真正的生态系统运行。这些创新最终可以帮助企业实现 IIoT 承诺的数万亿美元价值。

拉斐尔·雷耶斯 目前是 Everactive 的产品营销总监，这是一家技术公司，将无电池无线传感器和云分析相结合，提供端到端的工业物联网解决方案，在那里他推动以客户为中心的新产品上市战略和促销战略对于现有产品。
Rafael 在产品营销和产品开发方面拥有超过 10 年的经验；结合 5 年战略规划经验和 5 年业务部门管理经验，均在 B2C 和 B2B 企业内工作。