在汽車快速向智能化邁進的進程中,傳感器尤為關鍵。而智能無源傳感器為無處不在的感測帶來了新的選擇,可以監(jiān)測壓力、溫度、濕度或距離,消除了體積、功耗和成本等傳統(tǒng)的智能傳感器考慮的問題。相較現(xiàn)有傳感器,智能無源傳感器有諸多優(yōu)勢:現(xiàn)有傳感器需在每個PCB上放置檢測傳感器、電源、控制及通信芯片、單片機等,因而體積尺寸大,成本高,需要維護;而智能無源傳感器的每個節(jié)點為被動發(fā)現(xiàn)智能標簽電源,單片機及數(shù)據(jù)處理都放在獨立的閱讀器上,無需電池,尺寸小,像膠帶一樣薄,每個閱讀器可支持多個標簽,因而成本低,無需維護。此外,設備設計人員現(xiàn)在可以將智能系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)擴展到過去難以接近的區(qū)域和應用中,而不受尺寸的限制或價格的制約。
對先進技術和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的日益依賴,推動了對傳感器的需求,這些傳感器可方便地從少量到大量部署,并且提供低擴展成本和免維護。
技術的進步使許多不同類型設備之間的互聯(lián)成為可能。始于智能手機的互聯(lián)已經演變成溫控器、家電、車輛和其它被稱為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備的聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)由通過各種接口來回傳輸數(shù)據(jù)的許多設備組成,無線云接口是最常見的接口。隨著互連設備數(shù)量不斷增長,對更多數(shù)據(jù)的需求也隨之增長。
產生數(shù)據(jù)的來源很多,電子傳感器通常用于收集互聯(lián)設備的數(shù)據(jù)。傳感器是一種將物理或環(huán)境特性如溫度和濕度轉換成電信號的器件。
對數(shù)據(jù)的需求推動了不同類型傳感器市場的增長,如為系統(tǒng)提供工作所需數(shù)據(jù)的溫度、濕度、壓力和距離傳感器。由于物聯(lián)網(wǎng)以前所未有的動能處理來自不同渠道的的數(shù)據(jù),電子傳感器將更加普及。據(jù) Markets and Markets研究,全球傳感器市場預計將在2022年超過380億美元。從更多地點獲取更多傳感器數(shù)據(jù)的需求將推動新型傳感器的開發(fā),這些傳感器體積更小、功耗和成本更低,并且易于大量和在狹小空間部署。
電子傳感器結構
傳統(tǒng)的電子傳感器無論設計怎樣,都包含相同的功能模塊。傳感器的核心模塊是實際的感測元件。感測元件是傳感器的一部分,它對傳感器環(huán)境作出響應,并將環(huán)境條件轉換為電參數(shù)。除了感測元件,傳感器還需要電源用于傳感器內部的電子元件和數(shù)據(jù)處理及互聯(lián)電路。大部分電子傳感器包括感測元件、電源模塊和位于每個感測節(jié)點的數(shù)據(jù)處理模塊。隨著需要更多的感測數(shù)據(jù),擴展到多個感測節(jié)點所需的成本成為一些應用的障礙。傳感器電源和通信模塊所需器件的物理尺寸限制了小尺寸傳感器的選用,而由電池供電的傳感器涉及維護和環(huán)境問題,這也限制了傳感器在某些應用中的部署。傳統(tǒng)的電子傳感器的成本和尺寸限制了傳感器網(wǎng)絡的擴展或進行智能感測的多傳感器系統(tǒng)或一次性傳感器的部署,阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展。
所以需要一種替代方法,最理想的是不用依賴笨重又昂貴的電池、微控制單元(MCU)及相關電路。許多連接的傳感器大部分時間都處于待機或睡眠模式以延長電池使用時間,僅在被喚醒與主機系統(tǒng)交換小數(shù)據(jù)包期間,才需要電源和智能。如果傳感器可以暫時由外部電源供電,并且大部分數(shù)據(jù)處理都在外部完成,便可實現(xiàn)具性價比的傳感器網(wǎng)絡的擴展,并使多感測傳感器或一次性傳感器等創(chuàng)新在經濟上可行。
有一種技術可以提供解決方案:無線無源傳感器已經可由存儲器加載,通過無線閱讀器詢問或重寫,并由閱讀器傳輸?shù)腞F場中的能量激活。傳統(tǒng)的RFID通信標準已得到驗證,是穩(wěn)定可靠的,提供了將感測功能與傳統(tǒng)電子傳感器所需的電源和控制電路分開的、開發(fā)新的智能無源傳感器的強大平臺。
智能無源傳感器 智能無源傳感器可以更大地發(fā)揮RFID技術和標準所具的潛力,以支持便利和高能效的無線數(shù)據(jù)交換。圖1顯示了智能無源傳感器的關鍵功能元件,包括天線、刺激檢測器和傳感器塊控制IC,通過集成一個印制天線和刺激檢測回路及一個射頻IC來實現(xiàn)無源傳感器標簽功能。
智能無源傳感器使用行業(yè)標準UHF Gen 2協(xié)議進行通信,并且可以用合適的RFID閱讀器讀取。一些固定或手持式商用閱讀器已經通過了標簽和功能驗證。安森美半導體的智能無源傳感器生態(tài)系統(tǒng)提供了一種電池供電的便攜式閱讀器,內置天線、圖形用戶接口和物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)功能,可作為收集傳感器標簽數(shù)據(jù)的中樞。