《電子技術應用》
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物聯網的MEMS感知器件與應用
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摘要: 傳感網是以MEMS制造的傳感網,主要是應用于手機和汽車里的傳感。第二塊是比較高端的,就是慣性導航系統,主要是對飛機在飛行過程當中提供慣性導航。第三個是無線傳感網,大概在十年前公司創始人很早就把Xmesh引出來,開發了無線傳感網、自主網的應
Abstract:
Key words :
傳感網是以MEMS制造的傳感網,主要是應用于手機和汽車里的傳感。第二塊是比較高端的,就是慣性導航系統,主要是對飛機在飛行過程當中提供慣性導航。第三個是無線傳感網,大概在十年前公司創始人很早就把X—mesh引出來,開發了無線傳感網、自主網的應用。歐很多優越性,這個技術實際上現在在國際上很多科研單位,包括中國很多高校和研究所都采用這個技術做無線傳感網的應用。

昨天大家講了很多問題,就是目前怎么樣讓物聯網形成一個有規模化的產業。在美國、日本這個技術已經用了相當多年,大概接近8年時間。美新在日本有一個合資公司,我們看一下在日本合資公司的銷售業績,高峰期是2005年,也就是說無線傳感網在05年在達到頂峰,之后往下掉。我們在國際上做了很多應用,核心問題也是沒有形成規模化銷售。昨天談了很多,希望通過運營商的促動,通過宏觀引導來使得這個技術在中國形成規模化的技術。從應用端角度來看核心問題是一個價格的問題。目前看來技術都是現成的,比如說農業用的位置是沒有電源的,也是無線的,需要無線技術,而且需要一種低功耗技術,但是任何一種應用要么帶來社會效益,要么形成經濟效益,有這兩種效益才會形成可持續的商業運作。

日本政府通過政府的行為想來啟動這么一個市場,當前中國政府也想通過政府的引導來啟動資金進行引導。傳感的結構實際上從工業應用來講很簡單,主要是采集數據,把數據傳送到終端,經過分析以后來處理,然后再反饋到決策里面去。剛才IBM的陳院長已經做了很理論性的概述。很早的時候開發了自主網的技術,有了物聯網技術以后,跟自主網結合就可以形成一個完整的物聯網系統,也就是說不需要運營商就可以做很多事情了。有運營商以后我們希望把事情做得更大、規模化一些。總體方案實際上很簡單,通過剛才介紹的像TI的芯片,加上一個協議就形成一個自主網的協議,這是每一個節點之間可以組成一個網絡,通過網關進入主干網,只要有一個網關來把TI芯片組成節點,每個節點都有傳感網,那就可以形成主干網,這樣把數據才能下來,還可以反向地把指令傳送出去。這個技術實際上現在已經成熟了,我們沒有必要等聯通、也沒有必要等移動,也沒有等其他的公司。所以對各個中小企業來講這是一個很好的事情。等下我會講很多的案例。

在國外實際上這么多年來沒有運營商大量地推動所謂的物聯網技術。作為一個公司來講采取了垂直解決問題的方案。我們從芯片膜組做到模塊、節點、網關,最后到整體的應用,我們提供的是一個整體的方案。只要有英特網存在你就可以干這個事情。目前這么大的網絡建起來需要靠數據,互聯網是靠人工來傳輸,不管是圖像,還是電話都是人在網絡里傳送信息。我想物聯網很大一部分就是通過機器和傳感網來自動采集環境的信息,把信息送到網絡上去。第一步需要有眼睛、有鼻子、有嘴巴,這樣就必須要用機械化來替代。

我們知道目前最好的方案就是用半導體工藝來制造傳感器。這是四大傳感器公司。比如說有一個加速傳感器,這個傳感器大小只有兩個毫米,可以測所有的運動速度、加速度、震動都可以測出來。這個傳感器的成本只有幾毛錢。地質傳感器,可以測磁場,把這些傳感器集成到手機里以后可以告訴你環球金融中心在你的左邊,還是在右邊,這是GPS目前辦不到的。很快你們的手機就有這個功能了。另外一個傳感器是比較成熟的,叫壓力,或者是叫流量傳感器,我們知道所有的自動讀表需要有大量的傳感器。當規模化生產的時候,一個晶元是上萬顆,如果沒有一個很大的市場來啟動,就沒有一家公司投這個錢來開發。目前基本上傳感技術都存在,但是過去是以儀器的方法來做傳感,儀器很貴,所以一個儀器從國外進口過來都是幾萬塊錢,制造成本也很高,所以不可能大量地來鋪,如果大量地鋪到環境當中一定要把這個成本降下來。如果有市場就有像美新這樣的公司來做,如果沒有市場就沒有人投這個錢。我認為政府和運營商最大的功能就是要誘導一個巨大的市場,使得中小型企業把他們的長處發揮出來。

這是我們另外一系列的運動傳感器在工業化的用處很多,包括水下機器人、監測、機器人、農業耕作,拖拉機可以無人駕駛,包括建筑商的安全等等,美新技術基本上芯片還是一個微處理器加一個射頻的傳感器,但是我們開發自己比較獨特的X—mesh的協議,功耗是最低的。除此以外,我剛才講過我們提供一個整體解決方案,從傳感器一直做到傳送,從傳送最后做到終端的軟件,可以把信息采集出來,整個平臺是完善的。

在過去十年當中很多客戶對美新公司提過很多很多的要求,根據他們的要求我們需求有的是注重節能,有的在環境不同情況下我們開發一大批的節點,核心技術還是X—mesh的技術,但是在結構里做了相應的調整。每一個應用如果沒有規模化操作的話,那開發成本是很高。所以最后就沉淀到一個比較樸實的系統,我們叫Eko。可以看一下太陽能電池對它進行充電,里面通訊芯片包括天線,底端有4個接口可以支撐8個傳感器,除了剛才講運動傳感器以外,我們還選擇了一批自主網絡應用的傳感器,跟Eko產品兼容,現在市場上這些產品都是可以購買的。

下面我介紹一下傳感器以及自主網在應用的案例,可能比前面聽到的多一點,詳細一點。這是一個自動化監測生產過程當中設備的狀態,通過無線網的形式很快就可以回到監控臺,一個工程師、工人可以監管一整個車間。這有類似的原理,英國石化給我們提出一個問題,這些油輪機艙里每天需要大量的工人在不停地巡邏、記錄儀表,然后把整個機艙的運轉狀態通過記錄形式來監控。如果傳感器布線的話成本非常高,因此我們提出一個無線傳感技術,很快就可以把信息通過無線傳感網形式傳到指揮臺進行控制,減少了油輪輸運的成本。這是一方面。

第二個是跟國家電網合作的項目。這個項目非常成功。我們把技術和三維的加速傳感器結合起來,用來監測高壓輸電線的狀態。大家知道電線在風的情況下會有震動,通過監測可以知道高壓輸電線的安全性和運作情況。如果有部分斷路的話很快節可以知道,由此可以避免事故發生。比如說結冰,甚至造成高壓塔的倒塌,這些都發生過,如果現在知道的話就可以破機器人上去來把冰除去。國家電網已經在13個省份地區來大量推廣這個技術。這是類似的一種應用,就是用熱的傳感器和無線傳感網技術通過自動化來遠程監測供網管的狀態。

我們在環境方面也做了很多的工作。我舉一個例子,香港很多建筑物都建在山坡上,這是比較危險的。因此香港政府要求他們對山體滑坡做時時的監測,在山體里打一個柱子,在傾角傳感器終端有一個無線發射器,山體滑動的時候很快就可以知道,所以可以預告山體滑坡,避免了人類的傷亡。最近中國有很多洪水災害,目前這些技術都是現成的。

農業方面的應用也非常有意思,我們在美國做得比較成功,是加州的酒莊,在葡萄根的深處落監測溫度、濕度,每一年葡萄的品質是不一樣的,通過監控來捕獲一些信息,通過調整來提高酒的品質,提高酒品質的同時提高了葡萄的產能20%。如果沒有這種傳感器來監測的話就沒辦法做很精準的農業耕種技術。我們在加州有幾十家酒莊采用了這個技術。

前不久高爾夫球場也讓我們做這個方案,每年草坪維護不好的話,死掉再長一塊需要花很多錢。在這個草坪上又不能拉線,所以打一個洞,通過無線網的形式來傳出來。這是高爾夫球場的應用。建筑方面的話,我們提供了所有的傳感器可以在大部分的建筑上采用。目前跟一個大學的橋梁教授合作,在韓國大橋上做了一個很多年實驗,在里面布了將近50個振動傳感器,現在已經有了整套對橋梁監控的解決方案,這些是現成的方案,這個產品目前在向全世界推廣。預計在今后幾年中全世界大概有幾千座橋梁采用這個技術,這個成本跟橋梁制造成本相比是微不足道的。如果在橋梁構建一開始就放進去可以大大節省對橋梁的維護。

最后一個案例是跟日本分公司的合作,就是做節能方面的監測。日本目前在節能減排中有些比較具體的措施要求,每個公司電力的消耗要比前一年有所下降,使得我們對能耗監測并且很重要的事情,我們采取了一些節點技術,對車間進行能耗監測,通過這個方案來降低他們能源的使用。這是一個日本超市用的將近3萬個節點的傳感器來監控超市里的電冰箱,就是冷卻系統,因為日本人賣壽司很多,所以他們電冰箱用得很多。

最后一個案例是物流監控。過去我們知道物流監控要定位,知道物流到了哪一個位置。現在物流監控已經比過去高出很高的層次。這個物流監控設備里面除了有GPS定位器以外、輸送傳輸芯片,另外還有對溫度、濕度進行監測。我們叫高附加值的物品輸送。目前用的是這個模塊來貼上去進行跟蹤,客戶可以隨時隨地監測這個物品的環境、狀態。

這些技術很多都不是一家小公司可以做出來的,需要跟用戶經過合作以后提出的各種解決方案。這個芯片膜組實際上已經在國際上用了很多年,最近IBM“瑞克”(諧音)研發團隊為了推廣物聯網技術開發了一款新的系統軟件。這個軟件專門為小型網絡系統開發,他們評估了很多自主網的芯片技術,最后選定用我們的芯片,大概兩周以前在美國有一個發布會,IBM已經正式把系統軟件和芯片綁起來。這個應用系統的好處是我們目前看到應用都是低端的軟件。這是現在非常興奮的一件事情,我們通過跟IBM聯盟正在開發下一代的芯片,這跟目前的網絡協議,以及無線網絡、傳感比都可以進行互相通信。我們跟國家電網,以及一些大學做了很多合作,所以物聯網的空間非常大,沒有一家公司都可以全部做掉。希望通過這個介紹使得大家對美新公司的技術產品有所了解。希望大家多多跟我們聯系,合同合作來開發中國的物聯網市場。

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