根據(jù)Prudour研究人員2020年發(fā)表的一份報(bào)告，到2025年，消費(fèi)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場總共預(yù)計(jì)將達(dá)到11.1萬億美元。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的急劇擴(kuò)張已經(jīng)引發(fā)了一些與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中電池相關(guān)的問題——不僅表現(xiàn)在可持續(xù)性和環(huán)境保護(hù)方面，而且表現(xiàn)在可預(yù)測性和成本方面。因此，工業(yè)4.0開發(fā)人員開始尋求無電池的解決方案，這正是UHF RFID技術(shù)(如RAIN RFID聯(lián)盟采用的方法)發(fā)揮作用的地方。

RAIN既是一個(gè)行業(yè)聯(lián)盟，類似于藍(lán)牙SIG和Wi-Fi聯(lián)盟，也是一項(xiàng)技術(shù)。正如該聯(lián)盟網(wǎng)站上所寫的那樣，首字母縮略詞RAIN(全稱是RAdio-frequency IdentificatioN)“旨在表示UHF RFID與云之間的鏈接，在那里可以通過互聯(lián)網(wǎng)存儲、管理和共享基于RFID的數(shù)據(jù)。RAIN RFID解決方案使用閱讀器讀取和寫入打過標(biāo)簽的物品、管理那些數(shù)據(jù)并執(zhí)行動(dòng)作?！痹撀?lián)盟的成員資格對任何有志于無源UHF RFID的組織開放。

今天的制造系統(tǒng)使用存儲在RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)更靈活、更高效的定制產(chǎn)品。RFID技術(shù)在工廠車間的應(yīng)用則促成了更高水平的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，并為現(xiàn)代供應(yīng)鏈的“精益生產(chǎn)”流程做出了廣泛貢獻(xiàn)。與現(xiàn)有的有源標(biāo)簽、條碼等識別技術(shù)相比，無源RFID標(biāo)簽不需要自己供電，也不要求可視化操作。

由于它是一項(xiàng)新興技術(shù)，至今仍很少有利益相關(guān)者能夠提供相應(yīng)的解決方案將無源RFID芯片轉(zhuǎn)變?yōu)镽AIN RFID所需的智能傳感器件。這些IC系列器件可以完全無源地測量溫度、濕度、運(yùn)動(dòng)、環(huán)境光、電氣連續(xù)性和材料延展性等參數(shù)，無需額外的組件，并且可以將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?至10米范圍內(nèi)的傳統(tǒng)RAIN RFID閱讀器。

不需要專門的硬件/軟件

從芯片到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間僅需幾毫秒，并且完全符合當(dāng)前的EPC Gen2協(xié)議。對用戶來說優(yōu)勢在于無需專門的硬件或軟件即可獲取和處理測量值。目前市場上已有的閱讀器就可以捕獲和解釋來自芯片的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)到更高級別的系統(tǒng)。舉例來說，當(dāng)將基于芯片的標(biāo)簽集成到物流應(yīng)用中時(shí)，資產(chǎn)ID和EPC編號可以與傳感器數(shù)據(jù)一起被捕獲。

Inlays可轉(zhuǎn)換成從靈活的標(biāo)簽到硬標(biāo)簽的多種轉(zhuǎn)發(fā)器格式。帶一體化傳感器IC的QFN等經(jīng)典封裝版本甚至適用于惡劣的環(huán)境。

表1：工業(yè)4.0通信技術(shù)的比較(來源：Asygn)。

預(yù)測性維護(hù)應(yīng)用

由于無電池技術(shù)的進(jìn)步以及對研發(fā)活動(dòng)的更加重視，全球無電池RFID傳感器市場預(yù)計(jì)將以13.3%的復(fù)合年增長率增長，至2030年將達(dá)到20.99億美元，Prudour表示。

傳感器芯片已經(jīng)應(yīng)用于許多工業(yè)案例中，例如檢測管道變形，以前這種情景需要基于應(yīng)變計(jì)的傳統(tǒng)傳感器解決方案，或者根本沒有合適的解決方案。

通常，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)變計(jì)需要信號調(diào)節(jié)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和通信器件來將數(shù)據(jù)傳輸或提供給PC?，F(xiàn)在，所有必要的組件都可以整合進(jìn)一個(gè)芯片中，并且可以通過UHF RFID進(jìn)行通信，既不需要電池也不需要外部傳感器。

預(yù)測性維護(hù)則是一個(gè)廣泛且通用的案例，它可以預(yù)測磨損或故障，使維護(hù)技術(shù)人員能夠?qū)Ｗ⒂陉P(guān)鍵問題，并通過生成大量數(shù)據(jù)來構(gòu)建預(yù)測性模型。諸如橋梁和大型建筑物等金屬上層建筑是此類技術(shù)的絕佳選擇；工作人員可以在發(fā)生災(zāi)難性故障之前就進(jìn)行維修，不然這些故障會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)處罰或昂貴的維修費(fèi)用，甚至在最壞的情況下會導(dǎo)致人員受傷。在制造時(shí)將無電源的傳感器嵌入混凝土砌塊中可以實(shí)時(shí)獲取溫度或濕度等關(guān)鍵參數(shù)，從而使建筑商、建筑經(jīng)理和建筑用戶能夠隨著時(shí)間的推移連續(xù)監(jiān)控結(jié)構(gòu)，讓那些利益相關(guān)者得以高枕無憂。

重工業(yè)設(shè)備制造商也熱衷于將該技術(shù)用于諸如檢測水力或風(fēng)能設(shè)備中渦輪葉片過熱等應(yīng)用。壓力傳感器還可用于檢測工業(yè)氣瓶以防止爆炸或火災(zāi)。另一個(gè)新興案例是將芯片集成進(jìn)彈性體中，例如通過嵌入在輪胎內(nèi)的壓力傳感器測量車輛重量或負(fù)載。

圖2：將無需供電的傳感器嵌入混凝土中可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)訪問，以便長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測結(jié)構(gòu)的變化。(來源：Asygn)

除了工業(yè)應(yīng)用之外，開發(fā)人員還瞄準(zhǔn)了農(nóng)業(yè)和醫(yī)療保健領(lǐng)域的用例。嵌入閱讀器的無人機(jī)可以監(jiān)測溫室和露天場地的溫度、濕度和光照條件，可以現(xiàn)場跟蹤裝有耳標(biāo)的牲畜，并通過監(jiān)測它們的體溫來檢測疾病。將RFID傳感器集成到假肢設(shè)備后，通過測量應(yīng)變或溫度偏差就能揭示醫(yī)療器件故障，以便技術(shù)人員在故障假肢引起問題之前通過修理或更換有缺陷的假肢來幫助到患者。

業(yè)界已經(jīng)完全接受物聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)在的任務(wù)是使工業(yè)4.0解決方案更精簡、更高效，以最大限度地提高投資回報(bào)率，而無電池UHF RFID技術(shù)為我們指明了正確的方向。