在汽車快速向智能化邁進(jìn)的進(jìn)程中，傳感器尤為關(guān)鍵。而智能無(wú)源傳感器為無(wú)處不在的感測(cè)帶來(lái)了新的選擇，可以監(jiān)測(cè)壓力、溫度、濕度或距離，消除了體積、功耗和成本等傳統(tǒng)的智能傳感器考慮的問(wèn)題。相較現(xiàn)有傳感器，智能無(wú)源傳感器有諸多優(yōu)勢(shì)：現(xiàn)有傳感器需在每個(gè)PCB上放置檢測(cè)傳感器、電源、控制及通信芯片、單片機(jī)等，因而體積尺寸大，成本高，需要維護(hù);而智能無(wú)源傳感器的每個(gè)節(jié)點(diǎn)為被動(dòng)發(fā)現(xiàn)智能標(biāo)簽電源，單片機(jī)及數(shù)據(jù)處理都放在獨(dú)立的閱讀器上，無(wú)需電池，尺寸小，像膠帶一樣薄，每個(gè)閱讀器可支持多個(gè)標(biāo)簽，因而成本低，無(wú)需維護(hù)。此外，設(shè)備設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以將智能系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展到過(guò)去難以接近的區(qū)域和應(yīng)用中，而不受尺寸的限制或價(jià)格的制約。

對(duì)先進(jìn)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的日益依賴，推動(dòng)了對(duì)傳感器的需求，這些傳感器可方便地從少量到大量部署，并且提供低擴(kuò)展成本和免維護(hù)。

技術(shù)的進(jìn)步使許多不同類型設(shè)備之間的互聯(lián)成為可能。始于智能手機(jī)的互聯(lián)已經(jīng)演變成溫控器、家電、車輛和其它被稱為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)由通過(guò)各種接口來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)的許多設(shè)備組成，無(wú)線云接口是最常見(jiàn)的接口。隨著互連設(shè)備數(shù)量不斷增長(zhǎng)，對(duì)更多數(shù)據(jù)的需求也隨之增長(zhǎng)。

產(chǎn)生數(shù)據(jù)的來(lái)源很多，電子傳感器通常用于收集互聯(lián)設(shè)備的數(shù)據(jù)。傳感器是一種將物理或環(huán)境特性如溫度和濕度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。
對(duì)數(shù)據(jù)的需求推動(dòng)了不同類型傳感器市場(chǎng)的增長(zhǎng)，如為系統(tǒng)提供工作所需數(shù)據(jù)的溫度、濕度、壓力和距離傳感器。由于物聯(lián)網(wǎng)以前所未有的動(dòng)能處理來(lái)自不同渠道的的數(shù)據(jù)，電子傳感器將更加普及。據(jù) Markets and Markets研究，全球傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2022年超過(guò)380億美元。從更多地點(diǎn)獲取更多傳感器數(shù)據(jù)的需求將推動(dòng)新型傳感器的開(kāi)發(fā)，這些傳感器體積更小、功耗和成本更低，并且易于大量和在狹小空間部署。

電子傳感器結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的電子傳感器無(wú)論設(shè)計(jì)怎樣，都包含相同的功能模塊。傳感器的核心模塊是實(shí)際的感測(cè)元件。感測(cè)元件是傳感器的一部分，它對(duì)傳感器環(huán)境作出響應(yīng)，并將環(huán)境條件轉(zhuǎn)換為電參數(shù)。除了感測(cè)元件，傳感器還需要電源用于傳感器內(nèi)部的電子元件和數(shù)據(jù)處理及互聯(lián)電路。大部分電子傳感器包括感測(cè)元件、電源模塊和位于每個(gè)感測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理模塊。隨著需要更多的感測(cè)數(shù)據(jù)，擴(kuò)展到多個(gè)感測(cè)節(jié)點(diǎn)所需的成本成為一些應(yīng)用的障礙。傳感器電源和通信模塊所需器件的物理尺寸限制了小尺寸傳感器的選用，而由電池供電的傳感器涉及維護(hù)和環(huán)境問(wèn)題，這也限制了傳感器在某些應(yīng)用中的部署。傳統(tǒng)的電子傳感器的成本和尺寸限制了傳感器網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展或進(jìn)行智能感測(cè)的多傳感器系統(tǒng)或一次性傳感器的部署，阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

所以需要一種替代方法，最理想的是不用依賴笨重又昂貴的電池、微控制單元(MCU)及相關(guān)電路。許多連接的傳感器大部分時(shí)間都處于待機(jī)或睡眠模式以延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，僅在被喚醒與主機(jī)系統(tǒng)交換小數(shù)據(jù)包期間，才需要電源和智能。如果傳感器可以暫時(shí)由外部電源供電，并且大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理都在外部完成，便可實(shí)現(xiàn)具性價(jià)比的傳感器網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，并使多感測(cè)傳感器或一次性傳感器等創(chuàng)新在經(jīng)濟(jì)上可行。

有一種技術(shù)可以提供解決方案：無(wú)線無(wú)源傳感器已經(jīng)可由存儲(chǔ)器加載，通過(guò)無(wú)線閱讀器詢問(wèn)或重寫，并由閱讀器傳輸?shù)腞F場(chǎng)中的能量激活。傳統(tǒng)的RFID通信標(biāo)準(zhǔn)已得到驗(yàn)證，是穩(wěn)定可靠的，提供了將感測(cè)功能與傳統(tǒng)電子傳感器所需的電源和控制電路分開(kāi)的、開(kāi)發(fā)新的智能無(wú)源傳感器的強(qiáng)大平臺(tái)。

智能無(wú)源傳感器 智能無(wú)源傳感器可以更大地發(fā)揮RFID技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)所具的潛力，以支持便利和高能效的無(wú)線數(shù)據(jù)交換。圖1顯示了智能無(wú)源傳感器的關(guān)鍵功能元件，包括天線、刺激檢測(cè)器和傳感器塊控制IC，通過(guò)集成一個(gè)印制天線和刺激檢測(cè)回路及一個(gè)射頻IC來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)源傳感器標(biāo)簽功能。

智能無(wú)源傳感器使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)UHF Gen 2協(xié)議進(jìn)行通信，并且可以用合適的RFID閱讀器讀取。一些固定或手持式商用閱讀器已經(jīng)通過(guò)了標(biāo)簽和功能驗(yàn)證。安森美半導(dǎo)體的智能無(wú)源傳感器生態(tài)系統(tǒng)提供了一種電池供電的便攜式閱讀器，內(nèi)置天線、圖形用戶接口和物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)功能，可作為收集傳感器標(biāo)簽數(shù)據(jù)的中樞。

當(dāng)閱讀器啟動(dòng)通信時(shí)，自調(diào)節(jié)傳感器IC通過(guò)測(cè)量刺激回路中的阻抗變化來(lái)檢測(cè)濕度或壓力，并將這些數(shù)據(jù)以及來(lái)自片上溫度傳感器的數(shù)字化溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給閱讀器。傳感器監(jiān)測(cè)幾個(gè)參數(shù)，包括檢測(cè)距離、運(yùn)動(dòng)或存在的接收信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）以及溫度和濕度。每個(gè)傳感器還有一個(gè)可編程的EPC代碼作為唯一的識(shí)別標(biāo)識(shí)。RFID前端自動(dòng)補(bǔ)償環(huán)境變化，以感測(cè)濕度、壓力和其它參數(shù)。

圖1：智能無(wú)源傳感器將RFID技術(shù)與無(wú)源、無(wú)MCU的先進(jìn)感測(cè)塊結(jié)合起來(lái)。

典型應(yīng)用

低成本或一次性無(wú)源傳感器可使大量重要的應(yīng)用受益。例如，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器機(jī)架內(nèi)或工業(yè)電源開(kāi)關(guān)內(nèi)高功率斷路器連接處多個(gè)位置的溫度，可以監(jiān)控溫度變化趨勢(shì)，快速檢測(cè)異常升高的溫度，以便進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)或采取糾正措施。智能無(wú)源傳感器直接連接到金屬外殼、器件封裝或散熱片等部件，可對(duì)所有傳感器射頻范圍內(nèi)的閱讀器發(fā)出的周期性詢問(wèn)作出響應(yīng)。

圖2所示的監(jiān)控策略基于智能無(wú)源傳感器和連接到云的RFID閱讀器/收發(fā)器，可以提供比人工測(cè)溫或熱成像等其它方法更即時(shí)、更具性價(jià)比的保護(hù)設(shè)備的方法。

圖2：多個(gè)智能無(wú)源傳感器可以高性價(jià)比地監(jiān)測(cè)幾個(gè)地點(diǎn)的溫度。

無(wú)源智能傳感器標(biāo)簽也適用于數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用，例如在牲畜監(jiān)測(cè)應(yīng)用中可以檢查牲畜疾病或驗(yàn)證牲畜排卵周期。農(nóng)民還使用RFID標(biāo)簽進(jìn)行動(dòng)物識(shí)別和跟蹤，可注射標(biāo)簽的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確立。通過(guò)在設(shè)備或系統(tǒng)方面增加投資，智能無(wú)源傳感器幫助進(jìn)一步改善動(dòng)物健康、提高養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)量。

同樣，使用智能無(wú)源傳感器進(jìn)行濕度或壓力檢測(cè)已在醫(yī)療、工業(yè)測(cè)試以及汽車舒適性和安全性等方面得到應(yīng)用。在醫(yī)療領(lǐng)域，濕度傳感器可以不顯眼地附著在醫(yī)院床單上來(lái)檢測(cè)病人的入住率和床位余量，非侵入式溫度傳感器可以連接到病人的皮膚（圖3），并使用附近的閱讀器無(wú)線監(jiān)測(cè)。

圖3：無(wú)線體溫傳感器標(biāo)簽快速啟用，舒適又方便。

更多的應(yīng)用包括汽車行業(yè)中的漏水測(cè)試：在漏水測(cè)試開(kāi)始前將一組智能無(wú)源傳感器快速、高效地安裝在汽車中，免除了費(fèi)力的人工探測(cè)，同時(shí)簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)收集和分析。
此外，一個(gè)智能無(wú)源傳感器閱讀器可讀取上千個(gè)傳感信息，所以在車上僅需要一個(gè)閱讀器配以多個(gè)天線就可滿足很多傳感需求，如液位檢測(cè)、胎壓監(jiān)測(cè)(TPMS)、溫度檢測(cè)、座椅檢測(cè)、雨刮、室內(nèi)空氣及前大燈濕度/漏液檢測(cè)等。

圖4：一個(gè)閱讀器滿足無(wú)限車載傳感器應(yīng)用需求

座椅檢測(cè)

座椅檢測(cè)是通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)保障乘員安全的系統(tǒng)。常用的座椅檢測(cè)系統(tǒng)基于重量或壓力進(jìn)行判斷，任何物體如一袋食品雜貨，也會(huì)觸發(fā)安全帶警告，誤判率比較高。
安森美半導(dǎo)體新推出的智能無(wú)源傳感器方案中，無(wú)線傳感器標(biāo)簽被嵌入座椅內(nèi)(濕度傳感器標(biāo)簽嵌入椅背，壓力傳感器標(biāo)簽嵌入座墊)。濕度標(biāo)簽通過(guò)人體檢測(cè)元素可確定座椅上是否有人，消除物品觸發(fā)安全帶警示的麻煩，提升可靠性;壓力標(biāo)簽通過(guò)體重檢測(cè)確定乘客的體型大小，并可將乘員坐姿反饋至智能安全氣囊控制單元以優(yōu)化氣囊釋放角度來(lái)增強(qiáng)安全性。該方案可檢測(cè)車內(nèi)剩余座位數(shù)，可擴(kuò)展到對(duì)后排座椅和兒童安全座椅的檢測(cè)，并且多個(gè)座椅共用一個(gè)控制單元(閱讀器)進(jìn)行控制，嵌入式無(wú)源濕度傳感器無(wú)需任何線束和接插件。

圖5：座椅檢測(cè)傳統(tǒng)方案(左) vs.智能無(wú)源方案(右)

 液位檢測(cè)

汽車液位檢測(cè)包括對(duì)燃油箱油量、機(jī)油液位、制動(dòng)液液位及酸性液體液位等的檢測(cè)。市場(chǎng)上當(dāng)前的汽車液位檢測(cè)系統(tǒng)需要連接電線到水槽內(nèi)部。

而安森美半導(dǎo)體的智能無(wú)源傳感器可使水槽中沒(méi)有任何引線及電氣問(wèn)題：用流體的介電常數(shù)進(jìn)行液位檢測(cè)，可以檢測(cè)多種液體包括水、煤氣、汽油、機(jī)油、溶劑酸等等 ，貼合式的濕度傳感器放置在水槽的外部，傳感器標(biāo)簽最長(zhǎng)不超過(guò)4英寸，長(zhǎng)距離測(cè)量可使用多個(gè)標(biāo)簽，通過(guò)檢測(cè)連通管道可實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，兩個(gè)傳感器分別安裝在上端和下端，通過(guò)介電常數(shù)的變化進(jìn)行檢測(cè)(例如氣體混合物)。

圖6：液位檢測(cè)市場(chǎng)當(dāng)前方案(左) vs. 智能無(wú)源傳感器方案(右)

雨量傳感器 - 自動(dòng)雨刮啟動(dòng)控制

當(dāng)前汽車使用的雨刮控制系統(tǒng)基于陽(yáng)光折射，易受干擾而觸發(fā)誤動(dòng)作。而創(chuàng)新的智能無(wú)源傳感器使用濕度檢測(cè)，可覆蓋擋風(fēng)玻璃更寬的區(qū)域，可將多個(gè)濕度傳感器標(biāo)簽貼于擋風(fēng)玻璃上不同位置，檢測(cè)擋風(fēng)玻璃上高介電常數(shù)的水，擋風(fēng)玻璃上傳感器的數(shù)量可以通過(guò)標(biāo)定確定，光感可以不同的傳感器進(jìn)行檢測(cè)。下一代產(chǎn)品可將天線內(nèi)嵌到玻璃內(nèi)部進(jìn)行安裝，利用兩腳之間的傳感器引擎檢測(cè)電阻抗變化，實(shí)現(xiàn)僅需一個(gè)傳感器的智能雨刮控制。

圖7：智能雨刮

區(qū)域無(wú)線溫度監(jiān)控

當(dāng)用于區(qū)域無(wú)線溫度監(jiān)控時(shí)，現(xiàn)有的溫度傳感器都是有引線的、有源的，且安裝位置受限制。創(chuàng)新的智能無(wú)源傳感器能用于多個(gè)區(qū)域無(wú)線溫度監(jiān)控，唯一的RFID識(shí)別碼支持自動(dòng)識(shí)別，閱讀器與車內(nèi)網(wǎng)關(guān)相連，自動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)高精度控制，內(nèi)建 -40 ℃至 +85 ℃ (+/- 1 ℃精度) 測(cè)量范圍，下一代產(chǎn)品將支持125℃以上的溫度。

總結(jié)

智能無(wú)源傳感器為無(wú)處不在的感測(cè)帶來(lái)了新的選擇，可以監(jiān)測(cè)壓力、溫度、濕度或距離，消除了體積、功耗和成本等傳統(tǒng)的智能傳感器考慮的問(wèn)題。設(shè)備設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以將智能系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展到過(guò)去難以接近的區(qū)域和應(yīng)用中，而不受尺寸的限制或價(jià)格的制約。