弗勞恩霍夫創新模塊化智能硬體，解決物聯網感測器供能問題

據麥姆斯諮詢報道，利用ZEPOWEL燈塔計劃，Fraunhofer-Gesellschaft （弗勞恩霍夫應用研究促進協會）旨在開發超高能效的模塊化硬體，作為物聯網全面應用的基礎，儘可能地延長物聯網節點續航能力。

根據國際能源署在2013年的一項研究，全球所有聯網設備的能耗需求，大約相當於整個德國的電力需求。而未來五年內，隨著互聯物聯網設備的顯著增長，全球這一需求將翻一番，達到1140兆瓦/年。為此，非常有必要提高感測器的能效。

目前，產業界和科研領域還沒有針對每一種應用提出完整的解決方案，單個獨立的物聯網硬體已經很成熟，只是它們的能效有高有低。Fraunhofer-Gesellschaft希望通過「邁向0功耗的電子產品」（ZEPOWEL）燈塔計劃來改變這一現狀。Fraunhofer-Gesellschaft計劃開發一款硬體解決方案，功能全面且能效超高，並最終實現完全的自給自足。

為了實現這一目標，首先，感測器節點本身需要大幅降低能耗，然後實現系統層面的節能。這意味著系統之間的通訊也需要降低能耗。

「我們希望為完整的物聯網應用開發一款技術平台，」 該計劃團隊成員，Fraunhofer可靠性和微集成研究所的Erik Jung解釋說。ZEPOWEL燈塔計劃正在開發多項新技術，例如一款超低功耗喚醒接收器，可以使感測器節點無需持續發送數據，僅在達到某閾值或在外部有效請求時才會被「喚醒」。

ZEPOWEL燈塔計劃開發的這款模組，能效預計將比現有標準的無線電解決方案高1000倍。其接收器僅會響應與其實際相關的已授權且密碼保護的信號。這樣，該感測器節點就能一直保持功耗最低的待機模式，通過喚醒接收器在需要時立即激活。

此外，ZEPOWEL燈塔計劃還將開發一款創新的感測器：一款結合微泵的空氣質量感測器。微泵將作為「測量放大器」，大幅提高被測量空氣的「樣本量」。如果開發成功，那空氣質量感測器可以無需很高的固有靈敏度，同時還能提供更高的感測精度。目前的空氣質量感測器每秒能夠提供5000次測量數據，功耗1250毫瓦，而ZEPOWEL燈塔計劃開發的這款感測器預計能夠提供10000次測量數據，同時功耗低於10毫瓦。

這款感測器樣品旨在用於城市顆粒物的測量。過去的顆粒物測量往往非常耗時，因此僅有少數的感測器節點可以進行同時測量，而這種新的感測器技術可以實現更高的節點密度和更精確的測量。智能感測器節點網路和通用雲平台的互聯，可以用於打造城市微細顆粒物排放的完整測量模型。其應用前景廣闊，例如，基於該技術的交通控制，以及可以自適應調整路線的導航系統等。

ZEPOWEL燈塔計劃還包括一款寬頻能量收集器，能夠收集環境中的能量。這款能量收集器的效率可以達到當前最先進技術的四倍，從環境中收集100毫瓦的能量，僅需目前技術四分之一的面積，亦即5 x 5 mm。從環境中收集的能量將被存儲於一款新開發的薄膜電池中，而薄膜電池將直接集成在硬體晶元上。Fraunhofer的研究人員稱，這種完整集成的電池方案、收集器和能量轉換器將是全球獨一無二的。

針對所有應用開發的模塊化套件

ZEPOWEL燈塔計劃的定位不僅在於開發某一種特定應用的感測器節點，而在於基於即插即用原則的模塊化方案。

「我們為許多應用提供模組：這是一種即插即用型的系統，就像樂高積木。即插即用，點擊即可運行，」 Erik Jung解釋說。該平台可以將Fraunhofer開發的獨立創新技術，根據需求組合在一起。儘管業界已經為每種物聯網應用開發了特定的硬體解決方案，但Fraunhofer的ZEPOWEL燈塔計劃正在開發一種更通用的物聯網硬體。

Fraunhofer微系統和固態技術研究所（EMFT）在該項目中貢獻了以量產為導向的微製造技術、創新的感測器解決方案以及微量專有技術。在項目中，研究所將開發一種高度集成的重力測量CMOS顆粒物感測器，包含低雜訊模擬信號處理、多通道高性能模數轉換器以及相應的數字信號處理。該系統將匹配一款微執行器，實現介質的按需傳輸。這款執行器、驅動電路和感測器將作為物聯網節點中的系統級封裝（SIP）實現模塊化。

推薦培訓：

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