解读亚运会“黑科技”:何为无源物联网?

伴随物联网技术的迅猛发展与广泛运用,我们于日常生活的各个方面,皆可领略到物联网技术的强大力量。

无需通过发短信或打电话特意通知的智能快递柜;道路两旁比比皆是的共享单车;像智能手表、智能手环这般,能够采集心率、步数、睡眠质量等数据的可穿戴设备;又如智能电视、智能音响等经由手机或声音控制的智能家电……此些皆为物联网技术的实际运用。

不单是日常生活,物联网技术在智能城市、智能交通、智能农业、智能医疗等各个领域,均发挥着难以替代的作用近期的亚运会上,便运用到了一项“黑科技”——无源物联网。

无源物联网与一般的物联网,区别主要在于电源。

物联网技术由人与人通信、人与物通信,逐渐发展至物与物通信,应用前景颇为广阔。然而,多数传统的物联网设备需内置电池或连接至电源插座,以提供所需能源。这使部分物联网设备在部署位置与使用时间上受到限制。

譬如,设备的电池电量耗尽后,就需及时充电或更换新电池。同时,电池使用寿命短,更换频繁给使用者带来不便,而且电池的运用增加了设备成本与体积,电池的不当处理还会对环境产生负面影响。

此外,有线的电源设备可能因布线的复杂性与需求,在部署上引发诸多问题,如为在户外部署物联网监测设备,就可能需耗费大量精力与成本来布设电源线路。由此,无源物联网技术应运而生,其旨在解决传统物联网在能源供应方面的问题。

无源物联网中的“源”指代电源,该技术的设备并不依赖内部电池或外部电源,而是通过从周围环境中采集能量来运作,如光、热量、无线电波等,以实现自我供电。

此技术既可满足人们对物联网设备长时间无电源供应的需求,又降低了对环境的潜在负面影响。

无源物联网主要通过能量采集、反向散射通信、低功耗计算的技术来实现。能量采集的方式主要包含光能、振动能量、热能、射频等能量采集,其中射频能量因能同时解决能量获取和信号传输调制这两个功能,而成为无源物联网研究的重点。

另外,反向散射技术为无源物联网通信模式的核心,它允许设备通过反射或者转发从无线传输塔接收到的信号来进行通信。设备接收到的信号能量,既用于驱动设备的运行,又用作信息的载波反向发送出去。

想象一下,犹如海面上反射阳光的镜子,该镜子既利用阳光提供照明,又通过反射阳光形成信号。类似地,无源物联网设备既利用无线电波进行自我供电,又利用这些波来传输信息,这便是无源物联网的工作原理。

目前最具代表性的传统无源物联网技术乃是RFID即射频识别技术,二代身份证、食堂饭卡、公交卡等物品皆为日常生活中常见的无源RFID产品。

它们的主要工作原理为:阅读器发射特定频率的射频信号,当标签即无源节点靠近阅读器进入有效工作范围后,接收到阅读器发出的射频信号就会产生感应电流从而获得能量,利用这点能量,标签可将信息发送出去,阅读器接收后传送到后台主机进行处理,主机控制阅读器完成读写操作,从而实现标签和阅读器之间的通信。

从日常生活的运用中不难发现,无源RFID技术的局限性在于标签和阅读器必须在足够近的距离范围内,即通信距离太短。另外,阅读器读写的数据比较简单,读写能力弱。

无源物联网的应用前景如何?

目前无源RFID标签已在库存管理和防盗系统中得到广泛应用。它们能够协助跟踪和管理商品的库存、销售情况等,增加经营效率。

在运输业,无源RFID系统可用于自动收费、车辆识别和货物追踪。无人收费系统可借助射频识别技术,实现车辆的自动识别与收费,提升通行效率。

同时,无源物联网也可用于航空行李的管理,通过扫描行李上的RFID标签,即可实现行李的实时追踪,减少行李丢失的可能。

新型无源物联网技术对于通信距离、设备体积、设备成本的优化,能够进一步扩大物联网应用的范围。

在医疗领域,无源物联网逐步在病人管理和疾病监视中发挥作用。比如,运用无源传感器能够无创地监测患者的生理状况,如心率、血压等,并将数据无线传送到医护人员的设备上。这不单可减少传统人工检测的人力负担,提高数据准确性,还为远程医疗提供了可能。

在制造业,工厂可通过使用无源物联网设备,如温度和压力传感器,实时监测工厂设备的运行状态,预防过早的设备故障。这些设备可无线发送故障警报,减少了定期维护和检查的成本。

在农业应用方面,无源物联网设备,如环境和土壤传感器,能够协助农民全方位监测种植环境,能够自动监测土壤湿度、光照强度、温度等指标,并依据这些数据做出相应的农事决策。

随着无源物联网技术的持续发展与优化,其在不同行业中的应用潜力将愈发巨大,将带来更多效率的提升与新应用的出现。

于2023年的杭州亚运会上,无源物联网同样发挥出了巨大作用。在亚运村充电站中,借助一片无源物联标签,充电站资产盘点系统能够自动识别体验车,从而实时掌握体验车的出入库时间、次数等信息。

在杭州亚运会电竞项目竞赛场馆内,通过无源物联标签和传感器等技术,场馆环境的温度、湿度等信息能够被实时获取,从而实现对环境温度和湿度的实时监控。

无源物联网的广泛应用,离不开其显著的优点。

首先,它降低了物联网设备的能耗与维护成本,无需为保持设备电力充足而定期更换电池,也无需频繁维护。其次,因省去了电源,设备能够设计得更小,更方便安装与部署。此外,无源物联网更为环保,因其避免了电池等有害物质的产生与处置。

然而,挑战亦同样存在。能量采集技术难以提供大规模、稳定的电源,且在能量稀缺的环境中,无源物联网设备可能无法正常工作。另外,无源物联网设备的计算和存储能力有限,可能无法满足某些复杂任务的需求。

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发布于 2024-12-29
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