據(jù)報道，利用ZEPOWEL 燈塔計劃，F(xiàn)raunhofer-Gesellschaft （弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進協(xié)會）旨在開發(fā)超高能效的模塊化硬件，作為物聯(lián)網(wǎng)全面應(yīng)用的基礎(chǔ)，盡可能地延長物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點續(xù)航能力。

弗勞恩霍夫創(chuàng)新模塊化智能硬件，解決物聯(lián)網(wǎng)傳感器供能問題

根據(jù)國際能源署在2013年的一項研究，全球所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的能耗需求，大約相當于整個德國的電力需求。而未來五年內(nèi)，隨著互聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的顯著增長，全球這一需求將翻一番，達到1140兆瓦/年。為此，非常有必要提高傳感器的能效。

目前，產(chǎn)業(yè)界和科研領(lǐng)域還沒有針對每一種應(yīng)用提出完整的解決方案，單個獨立的物聯(lián)網(wǎng)硬件已經(jīng)很成熟，只是它們的能效有高有低。Fraunhofer-Gesellschaft希望通過“邁向0功耗的電子產(chǎn)品”（ZEPOWEL）燈塔計劃來改變這一現(xiàn)狀。Fraunhofer-Gesellschaft計劃開發(fā)一款硬件解決方案，功能全面且能效超高，并最終實現(xiàn)完全的自給自足。

為了實現(xiàn)這一目標，首先，傳感器節(jié)點本身需要大幅降低能耗，然后實現(xiàn)系統(tǒng)層面的節(jié)能。這意味著系統(tǒng)之間的通訊也需要降低能耗。

“我們希望為完整的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)一款技術(shù)平臺，” 該計劃團隊成員，F(xiàn)raunhofer可靠性和微集成研究所的Erik Jung解釋說。ZEPOWEL燈塔計劃正在開發(fā)多項新技術(shù)，例如一款超低功耗喚醒接收器，可以使傳感器節(jié)點無需持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，僅在達到某閾值或在外部有效請求時才會被“喚醒”。

ZEPOWEL燈塔計劃開發(fā)的這款模組，能效預計將比現(xiàn)有標準的無線電解決方案高1000倍。其接收器僅會響應(yīng)與其實際相關(guān)的已授權(quán)且密碼保護的信號。這樣，該傳感器節(jié)點就能一直保持功耗最低的待機模式，通過喚醒接收器在需要時立即激活。

此外，ZEPOWEL燈塔計劃還將開發(fā)一款創(chuàng)新的傳感器：一款結(jié)合微泵的空氣質(zhì)量傳感器。微泵將作為“測量放大器”，大幅提高被測量空氣的“樣本量”。如果開發(fā)成功，那空氣質(zhì)量傳感器可以無需很高的固有靈敏度，同時還能提供更高的傳感精度。目前的空氣質(zhì)量傳感器每秒能夠提供5000次測量數(shù)據(jù)，功耗1250毫瓦，而ZEPOWEL燈塔計劃開發(fā)的這款傳感器預計能夠提供10000次測量數(shù)據(jù)，同時功耗低于10毫瓦。

這款傳感器樣品旨在用于城市顆粒物的測量。過去的顆粒物測量往往非常耗時，因此僅有少數(shù)的傳感器節(jié)點可以進行同時測量，而這種新的傳感器技術(shù)可以實現(xiàn)更高的節(jié)點密度和更精確的測量。智能傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)和通用云平臺的互聯(lián)，可以用于打造城市微細顆粒物排放的完整測量模型。其應(yīng)用前景廣闊，例如，基于該技術(shù)的交通控制，以及可以自適應(yīng)調(diào)整路線的導航系統(tǒng)等。

ZEPOWEL燈塔計劃還包括一款寬帶能量收集器，能夠收集環(huán)境中的能量。這款能量收集器的效率可以達到當前最先進技術(shù)的四倍，從環(huán)境中收集100毫瓦的能量，僅需目前技術(shù)四分之一的面積，亦即5 x 5 mm。從環(huán)境中收集的能量將被存儲于一款新開發(fā)的薄膜電池中，而薄膜電池將直接集成在硬件芯片上。Fraunhofer的研究人員稱，這種完整集成的電池方案、收集器和能量轉(zhuǎn)換器將是全球獨一無二的。

針對所有應(yīng)用開發(fā)的模塊化套件

ZEPOWEL燈塔計劃的定位不僅在于開發(fā)某一種特定應(yīng)用的傳感器節(jié)點，而在于基于即插即用原則的模塊化方案。

“我們?yōu)樵S多應(yīng)用提供模組：這是一種即插即用型的系統(tǒng)，就像樂高積木。即插即用，點擊即可運行，” Erik Jung解釋說。該平臺可以將Fraunhofer開發(fā)的獨立創(chuàng)新技術(shù)，根據(jù)需求組合在一起。盡管業(yè)界已經(jīng)為每種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)了特定的硬件解決方案，但Fraunhofer的ZEPOWEL燈塔計劃正在開發(fā)一種更通用的物聯(lián)網(wǎng)硬件。

Fraunhofer微系統(tǒng)和固態(tài)技術(shù)研究所（EMFT）在該項目中貢獻了以量產(chǎn)為導向的微制造技術(shù)、創(chuàng)新的傳感器解決方案以及微量專有技術(shù)。在項目中，研究所將開發(fā)一種高度集成的重力測量CMOS顆粒物傳感器，包含低噪聲模擬信號處理、多通道高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及相應(yīng)的數(shù)字信號處理。該系統(tǒng)將匹配一款微執(zhí)行器，實現(xiàn)介質(zhì)的按需傳輸。這款執(zhí)行器、驅(qū)動電路和傳感器將作為物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點中的系統(tǒng)級封裝（SIP）實現(xiàn)模塊化。