利用902兆赫波段的能量采集技术实现物联网

　　能源获取有一些重要的优势，使物联网(IOT)成为现实。消除电源和数据线的能力是一个开始，但是消除电池(或者大大延长电池寿命和替换之间的时间)允许无线传感器节点被放置在许多新的地方。当这些节点连接到中央网关然后连接到因特网时，连接的功率变得明显。设备可以从世界任何地方监视和控制。来自各种机器的数据可以被收集、分析和用于预测。使用IP包从节点到云的所有方式在系统架构中提供了巨大的好处。

　　选择这样的技术是实现依赖于能量收集的系统的关键。流行的无线协议在2.4 GHz，如Wi-Fi和ZigBee，具有低成本和高度集成的收发器。然而，2.4 GHz频带变得越来越满，并且存在与杂乱频带相关联的成本，特别是在功耗方面。由于频段拥挤，不得不重新发送数据包是一个主要的消耗，而对于能量收集系统来说是无法维持的。2.4 GHz频带也具有更有限的范围，并且在范围(节点的输出功率)和功耗之间存在基本的权衡。使用较低的频带提供更多的范围，或更低的功率对于给定的范围。这也是使用能量收集系统的一个关键考虑因素。

　　EnOn海洋公司已经开发了一种无线协议，该协议被优化用于能量收集电源，并且用于具有低占空比的低频带和有效的错误处理方法，以最大限度地利用少量的能量。

　　使用在美国可用的902 MHz频段在范围和功耗方面提供了一些显著的优势，并为使用能量收集源的系统开发打开了许多机会。

　　有几种方法来从环境中获取的能量为无线传感器节点和致动器供电。太阳能是一个关键的来源，无线节点可以有效地从室内照明所获取的能量提供动力。使用来自温度差的热能对工业或加热系统是有效的，同时振动能量也可以有效地收集来给传感器节点供电。甚至有研究从环绕我们的RF信号中产生功率。

　　这些新产品增加了有效的射频范围，提供了增强的抗干扰能力，并简化了产品开发工作，因为它们需要更短的天线长度。新的模块添加到现有的315兆赫海豚组合，并包括自供电无线开关模块(PTM 210U)，STM300 U太阳能无线传感器模块，以及TCM 300 U和TCM 3U收发器模块的控制器和网关。

　　EnOnthTM STM300 U型太阳能无线收发信机图像

　　图1：STM300 U型太阳能无线收发模块现在运行在902兆赫（图片来源：凯利讯半导体）。

　　EnOcean已经确定了902 MHz作为北美地区能量收集无线技术的最佳附加免许可频率，因为它符合法律法规要求，以及未来几年的预测趋势。该频带位于较不拥挤的子-1GHz频段，为许多无电池的无线应用在建筑物、家庭和工业自动化中提供可靠、远程的无线通信。

　　902兆赫收发器实现了相同的能量预算的2.4 GHz器件的两倍的范围。这些模块也比具有更小天线的315 MHz器件更小和更容易集成。他们还利用最新的芯片技术来进一步降低功耗。在902兆赫的情况下，如光镇流器和LED驱动器等共定位设备的干扰也显著降低。这允许模块用于智能家居解决方案的楼宇自动化、便携式应急按钮等医疗保健产品，以及消费电器或机器对机器通信。

　　新的模块线保持与EnOnOne公司的315 MHz模块相同的机械和电气接口，该模块继续生产。现有的制造商可以切换到902 MHz模块，以最小的开发努力和产品设计没有变化。在大多数情况下，唯一的要求是EnOnWork软件设置中的天线适配和微小变化。新的设计得益于902 MHz频段的更高性能和在过程中的简单设计。

　　软件是设计的关键部分，并且有标准的eNeOne设备配置文件(EEPS)用于所有基于EnOnOne的产品的可互操作性，该平台支持ISO/IEC 1454 3-3-10的能量收集无线自协议国际标准。供电应用程序。

　　海豚软件环境的图像

　　图2：海豚软件环境是开发物联网的自我力量节点的核心。

　　这使得自供电的无线开关和传感器，以及具有用于建筑物、家庭和工业自动化的接收器和收发器的全无线网络。PTM 210U是一种小型化的无电池开关模块，它允许实现非常纤细的墙壁可安装摇杆开关或遥控器。与可编程双向收发器模块TCM 300 U或TCM 3U U相结合，PTM 210U可以很容易地集成在操作和控制单元中，用于实现不同的专用系统解决方案。双向STM 300 U能量收集无线传感器模块由太阳能电池供电，适合于双向温度传感器、建筑服务中的传感器和创新的致动器。

　　海豚平台的显著特点是意识到能量收集的要求，这使得自供电的无线传感器和执行器成为可能。海豚系统架构加入了在标准化无线网络上运行的能量自治无线传感器系统所必需的组件。这些技术包括能量转换和存储组件、能量管理、数据采集、数据处理和无线数据传输的EnOnWork无线模块，以及包括操作系统、API和应用程序的软件块。

　　作为一个开放的和可扩展的硬件和软件体系结构，它与已经在市场上启用的EnOnEnter设备和系统组件完全向后兼容。

　　海豚的硬件内核是EO3000 0I芯片，它构成了模块的基础。这些已经实现了广泛的固件功能，例如基本的切换、调光和测量，并且可以直接进入应用程序而不需要额外的编程。它内置的应用程序功能使简单的启动和系统集成。使用海豚API库，可以编写模块的定制软件，然后可以将其远程编程到16 MHz 8051 CPU，具有32 kb闪存和2 kb SRAM。该模块包括各种功率下降和睡眠模式下降到0.2μA的电流消耗，最多十四个可配置的I/O，10位ADC和8位DAC。

　　诸如EKK350U之类的开发工具包汇集了能量收集无线节点所需的所有元件，无论是传感器还是致动器。有不同的能源，从太阳能到热，以及来自温度、湿度和接近度的不同传感器，它们与无线收发器耦合，以实现由能量收集驱动的全IOT网络。

　　En海洋EDK开发工具包的图像

　　图3：能源收集无线网络的EDK开发工具包（图片来源：凯利讯半导体）。

　　该工具包提供了一个USB接口到主机上开发海豚，并提供准备好使用的块生产，如单向和双向串行通信，1通道中继模式，4通道中继模式和1通道调光模式。

　　天线设计

　　无线电传输具有椭球形状，这决定了无线电射程。在30 m的范围内，椭球体的理论直径在902 MHz时将在10米左右，因此天线安装和天花板、地板和墙壁的距离是覆盖的主要影响。外部天线通常比内部天线具有更好的无线电性能，但增加了成本。房间内的人和其他物体也可以减少无线电射程。因此，应将30米范围的共同规范视为上限，并仔细规划传感器和执行器节点的位置将增强网络的可靠性。这是通过使用能量收集源来帮助的，因为电源和接入的限制大大降低，因此可以更考虑连接的可靠性来规划网络。

　　其他设备和传感器可以在基于EnOnOne技术的系统中使用。ILAMRA还提供了一系列传感器和执行器，例如无线光开关，可以很容易地集成到使用EnOnEngt部件的系统中。

　　Illumra无线光开关图像

　　图4：即使是自供电的EnLRA无线光开关也可以是物联网的一部分。

　　结论

　　在需要的地方放置传感器和执行器为物联网开辟了新的机遇。这种增强的功能是通过能量收集来实现的，以最小化对电池的影响，并且可以在美国中使用在未授权的902 MHz频带中运行的模块和收发器来提供更长的范围和更高的可靠性。