如果我们曾注意,大多数物联网终端都使用电池供电,并且厂商推出产品时会强调电池寿命:比如称NB-IoT智能水表的电池可以保证7-10年使用无需更换;称智能可穿戴动态血糖仪支持连续使用14天。并且为了延长电池寿命,玩家们都在“低功耗”特性上花费特别多研发心思。

但也有设备不需要电池供电就能完成工作,例如公交卡、银行卡等NFC应用类型;或者设备所处的环境不适合使用电池,例如对安全要求级别高的工业生产环境要杜绝电池起火等隐患,以及在炎热或低温环境电池无法正常工作。

由此一来,通过环境微能源取能,让不带电池、不接电线的设备完成自供能成为一类趋势,有望变革目前以来的诸多应用场景。

在包含环境光采集、温差转化采集、振动能量采集、无线射频采集的多类技术路线中,无线射频能量采集因其在通信的同时能同步完成供电、组网及数据传输的方案特点,能够在更广阔的领域里被应用,受到广泛关注。

据了解,深圳市每开创新科技有限公司以“创造去电池化的物联网应用”为使命,以“无线射频微能源取电”为技术方向建立并发展。在产品落地方面,每开创新已经形成R-nergy系列无线射频技术解决方案(已推出1.0技术方案和2.0技术方案),覆盖近距离与中远距离射频取电、瞬时供电与持续供电、不同电量供电等多种技术解决方案,覆盖设备一对一、一对多、多对多等多种需求类型

为了深入探究无线射频取电的技术奥秘及应用潜力,近日,物联传媒记者特别采访了每开创新CTO刘志永先生,了解了每开创新“无电物联网”路线背后的更详细信息。

以下是刘总和物联传媒记者的对话精选。

物联传媒:每开创新以无线射频取电为技术路线,目前发布的1.0技术方案和2.0技术方案各有哪些特征?

刘志永:1.0和2.0方案都是无线射频取电,这是它们的相同之处。

1.0方案基于NFC设计,工作频段为13.56MHz,通信距离一般小于10厘米,传输速度为数百Kbps,属于近距离电感耦合通信,具有瞬间释放较大功率的特征;2.0方案目前是基于蓝牙通信环境设计的,这一代方案可以覆盖的通信或取电频率包括850MHz、915MHz、2.4GHz等,不光是只基于蓝牙,传输速率更高,理论取电距离可达到20米,定位是中远距离射频取电。

1.0方案和2.0方案还有一个相同点:由于采用NFC或蓝牙技术协议,所以两类方案都支持与手机建立通信并产生互动。

但2.0方案与1.0方案也有不同之处:首先是通信距离,2.0方案支持在更远距离完成射频取电;其次是供电时长,1.0方案倾向于瞬时取电/供电的用电场景,但2.0方案下的蓝牙设备可以持续发送无线电波,因此接收端不断储电,再按照设定频率消耗电量以完成数据传输,无需人工操作;另外,2.0方案支持多个无电设备同时供电和组网

物联传媒:1.0方案和2.0方案分别适用哪些应用场景?

刘志永:1.0方案主要应用于各种开关类产品,例如工业锁、智能门锁、照明开关、阀门等,以及带显示的电子墨水屏设备。

其中,以电力和铁路为代表的户外和特殊行业是1.0方案首先落地的领域。这些场景在巡逻检修环节一直存在机械锁具和钥匙非数字化、易盗用等管理困难的痛点,并且由于所处环境复杂,信息化时很难考虑使用带电池的产品。

基于此,每开创新1.0方案于工业场景下使用的无电NFC智能挂锁,可取代传统机械锁具和钥匙,开锁方式可以是经过授权的手机(因为NFC与手机兼容),也可以是每开定制的智能钥匙,开锁时间最快可达0.7秒。另外除了硬件部分,每开提供对应的物联网平台软件系统,可迅速掌握是否已巡检、是否关锁、“钥匙”是否归还等情况。

每开创新1.0技术方案于物流场景的另一解决方案是:无电NFC一体智能箱锁产品方案。该方案同时集成电子纸显示和传感器等设备,进一步实现了一次通信,同时完成开关锁、电子纸面单数据刷新、传感数据回传三大功能。该方案产品有以下三大特点:

1、无电池一体化,极简结构,一个产品适配多场景

2、节点式溯源监控,为物品保驾护航更环保

3、更低成本的安全及信任交付

此外,基于“无电池”特征,智能门锁市场也对1.0方案提出兴趣,有望将无源NFC开锁设置为智能门锁开锁方式中的应急备选,以此提高产品创新力,解决消费者经常遇到的因电池没电而无法开锁的问题。

至于2.0方案,在今年7月正式公开发布,基于其适用于在中远通讯距离里,实现多无电设备同时供电和组网的特点,有更丰富的应用空间。其中,硬件产品类型包括传感器、智能标签、健康检测等可穿戴设备等。

2.0方案发布后,公司收到了来自各方的咨询,目前已经向部分企业提供样品,推进2.0技术方案在客户产品和项目中的落地。

物联传媒:可以理解为1.0方案正在快速增长,2.0方案处于早期拓展阶段?

刘志永:基本上是的,1.0进程更快一些,主要是工业智能锁板块,去年在做试点,今年有更多的量产和出货,预计明年会进一步做到大规模落地。此外,今年基于1.0方案的显示类墨水屏也开始出货了,产品类型包括会议桌牌、数字运输、电子价签等。

物联传媒:根据我的理解,每开整体R-nergy技术方案是按照“射频取电-电量管理-电量应用”的流程工作的,那么储电效率、耗电功率是影响方案可行性的关键因素,每开创新为此做了哪些工作?

刘志永:从公式理解更加方便:接收端功率=发射端功率×收发天线增益×波长2÷(4πR2),R指的是发射端与接收端之间的距离。

发射功率有明确的行业规范,存在上限,这意味着在一定的发射功率下,为了获得更大的接收功率(也就是问题里提到的储电效率),我们需要关注天线增益与通信距离两大变量,具体可表示为天线增益越好、距离越近,接收功率越高。

因此,每开创新研发团队通过天线增益设计和天线阵列、多级能量转化和存储的技术创新方式,提升射频转化电能的效率,获得最大电量的转化输出。

另外,对于设备工作时的耗电问题,每开创新采取了定制蓝牙协议栈的方式,使设备休眠功耗降低到纳瓦级,提高电能利用率。

物联传媒:基于蓝牙技术的射频取电在稳定性、可靠性上是否有保障?

刘志永:我们已经验证了射频取电的稳定性和可靠性。

从原理上考虑,因为电磁波源源不断向外发射,我们设计的产品本质上还是一个集成电路,所以它就能够不断地接收电磁波进行取电、储电及按照设定用电,这个过程是没有问题的。

并且在实际部署时,我们可以根据场景特质(如空间、人员等静态、动态的特点)来进行计算,选择最佳的发射端部署位置,避免人员频繁走动、场景内的设备或器械摆放发生变化等因素影响电磁传播路径和储电效率。

物联传媒:成本呢?与其他技术方案相比是否有差异?

刘志永:2.0方案依据的蓝牙协议其实是标准蓝牙协议的精简版,目的是为了降低功耗实现无电池工作,所以先要基于“无电池”这点来切入。

在没有电池时,产品可以一次性密封,使防水性、抗压性、防腐蚀性等性能都比普通带电池产品好,有效解决了电池防护、更换方面的痛点难题。

因此,综合考虑到安装成本、维护成本、运营成本等,该无电方案成本优于有电方案。并且随着技术和商业的成熟,无电池的方案的降本能力将更加突出。

物联传媒:2.0方案支持面向商超电子价签市场,但该市场已经存在标准蓝牙、私有2.4GHz协议多种技术了,对此如何应对?

刘志永:商超电子价签只是2.0方案适用场景的一类,2.0方案在仓库管理、健康和运动监测、资产管理也都有应用空间,所以具体落地在哪个场景,还是由客户需求决定,共同点是场景需求符合“低功耗数据传输、数据传输频率不太高”这两点特征。

因为客户需求多样,每开创新做任何场景方案的目的,不是完全取代其他技术,而是坚持“无线射频取电”技术路线,向行业客户提供“无电池”方案这个选择。

我们希望“物联网终端可以不带电池工作”这一特点,能够帮助我们的合作伙伴和产业升级获得更多成长和迭代的空间,让更多人眼前一亮。

物联传媒:在7月2.0方案的发布会上,公司演示了一款无源温湿度传感器在仓库环境中的工作情况。假设仓库还有烟感或其他危化气体监测的需求,在把这些都以无源化的形式进行集成时,是否存在难度或挑战?

刘志永:目前传感器种类非常多,当时发布会上我们选择以温湿度传感器为例,是因为温湿度传感器非常成熟。但除了温湿度传感器,每开已经预研过非常多的传感器品类,目前绝大多数传感器都可以实现无源化。

但要以无电池方式集成多类传感器,最大的挑战是功耗

可以理解为:集成的传感器越多,工作功耗就增加,每个周期的用电量就增加,那么储电的时间就可能要变长。

换句话说,平衡“设备功耗”和“数据上传频率”,是我们要思考的问题。

物联传媒:您认为还需要哪些推动力,帮助2.0方案进一步普及?

刘志永:不光是每开R-nergy2.0方案,整个无电物联网的生态,需要生态链上下游合作伙伴一起协同参与。

无电蓝牙技术方案是面向低功耗场景推出的,硬件产品每次工作需要的功耗越低,对整个方案(取电-储电-用电流程)的稳定运行越是有利。可以想象,如果能实现更多类传感器的低功耗化,无电蓝牙技术方案就有更广泛的应用空间。

另外,目前蓝牙的应用还是集中在消费端,在工业端的部署并不算多。如果蓝牙整个生态在工业场景的渗透率得到提升,也将推动2.0方案更快速在工业场景落地,拓展应用的广度。

物联传媒:您认为无电物联网行业存在门槛吗?若其他厂商看到趋势并参与进来,公司将如何应对?

刘志永:我们希望无电物联网领域有更多的参与者,大家携手一起突破技术难题、一起把市场做大。我们也会保持对市场和技术的不断探索和迭代,争取能做到“人无我有,人有我精”,保持在技术和业务上的领先性。

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