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電機無處不在 電機在工業環境中的應用十分廣泛。許多專家估計，工業電機總體擁有成本非常龐大，消耗工廠總能耗90%以上的能耗。雖然現代電機效率已經被提升到90%至95%，但優化電機系統的工作還可以節省20%以上的能耗。用于電機檢測、維護和控制的無線傳感器網絡也已就位。 許多無線傳感器網絡可以充分利用電機產生的機械能(由于振動)和熱能(由于發熱)，而且通常可以在無需電池的情況下轉換這種能量，進而驅動無線傳感器網絡。EnOcean公司設計的ESK 300第一版868MHz無線能量采集開發套件充分展示了EnOcean的能量采集和超低功耗無線技術(圖4)。這個開發套件有兩個用于開關的電動機械式按鍵發電機和一個太陽能供電的溫度傳感器。由自供電的傳感器發送的消息可以被USB適配器接收，并通過DolphinView Basic電腦軟件實現可視化。 圖4：EnOcean公司設計的ESK 300第一版868MHz無線能量采集開發套件充分展示了EnOcean的能量采集和超低功耗無線技術。 帶按鍵無線發射模塊可以無需電池就實現無線遠程控制。重要應用包括安裝在墻上且有一兩個搖臂的扁平搖臂開關以及擁有多達4個獨立按鍵的手持式遙控器。套件中為線性運動設計的ECO 200能量轉換器可以用來給PTM 330無線模塊供電。每次運動輸出的能量足以發射3條消息，并且自由場范圍可達300米。在建筑技術和工業自動化中的微型開關和傳感器將成為可能的應用。 EnOcean聯盟圍繞低功耗能量采集無線技術創建了一個生態系統，并將它確立為可持續的建筑與工業自動化全球標準。這種生態系統支持不同的終端產品基于ISO/IEC 14543-310標準實現互操作。 低壓升壓器模塊可用于放大較低的能量采集電平，以支持可能的無電池操作，比如Advanced Linear Devices公司的EH4205。這種自啟動模塊通過70mV至4V的能源產生能量，而汲取的輸入功率低至230μW，因此可以支持從電磁感應線圈和TEG收集能量。 EH4205的標稱輸入阻抗是50Ω，功效為52%，工作溫度范圍是0℃至70℃。它可以將輸入能量轉換為直流或交流電壓。EH4205具有睡眠功能，平時處于零功耗狀態，直到所連能量源的輸入變成有效才將它喚醒，然后累積能量，只要能量源提供電力，它就一直工作下去。 典型的商用低壓升壓器模塊要求至少300mV左右的輸入驅動才能工作。雖然一些現有的低壓模塊也可以在約100mV時工作，但它們不能滿足來自TEG和光電元件等能源實現能量采集傳感應用的要求，因為它們的典型輸出功率約在4μW至40μW的單位數和兩位數范圍內。 凌力爾特公司提供的種類廣泛的超低功耗模塊可用于壓電和光伏能源以及TEG的能量采集應用。它們包括LTC3588-1/2壓電能量采集電源方案、LTC3108/9 TEG和LTC3105太陽能400mA升壓型DC-DC轉換器，后者具有最大功率點控制并能以250mV的輸入啟動(圖5)。 圖5：凌力爾特科技公司提供的種類廣泛的超低功耗模塊可以用于來自壓電和光伏能源以及TEG的能量采集應用。 Dust Networks公司今年推出的Eterna收發器芯片實現了IEEE 802.15.4e。與系統級芯片(SoC)結合在一起，這種第二代產品的功耗要比其替代的第一代產品低50%，從而確立了該公司在工業無線傳感器網絡領域中的領導地位(圖6)。Dust Networks公司稱，基于其Eterna技術的這款產品的功耗是競爭產品的約八分之一，這意味著它們的使用時間長8倍，即使它們由電線供電，其“綠色”水平也能高出8倍。（無線傳感器網絡群：8044196） 圖6：Dust Networks第二代Eterna收發器芯片的功耗要比前一代產品低50%。Eterna技術芯片的功耗是競爭產品的八分之一，因此持續使用時間長8倍。 并不是所有無線網絡收發器芯片都設計為工作在很長距離，并能在廠房外部工作。許多芯片是為短距離通信設計的，可以用于工廠內的工業環境和制造設施，以實現工廠車間設備之間的通信。許多這樣的收發器是緊湊、超低功耗器件。它們也使用Wi-Fi (IEEE 802.11)和ZigBee (IEEE 802.15.4)通信協議，可以工作在免許可的2.4GHz工業、科學和醫療(ISM)頻段。也有的芯片使用藍牙協議(IEEE802.15.1)。 圖7：Banner Engineering公司推出的這種獨立型SureCros Q45光電傳感器收發器，電源管理電路可以使兩節AA鋰電池持續工作長達5年時間。 無線傳感器網絡的安全性 智能手機和平板電腦等先進的人機界面(HMI)設備使得工業無線網絡的控制變得更加容易和更加簡單。但存在著某些有意和許多無意的網絡攻擊風險，除非采取足夠的保護措施，否則這些攻擊有可能使工廠的運轉徹底失靈。 |
