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(chǎng)總共預(yù)計(jì)將達(dá)到11.1萬(wàn)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(wèn)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(cè)性和成本方面。因此，工業(yè)4.0開(kāi)發(fā)人員開(kāi)始尋求無(wú)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(lèi)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(xiě)的那樣，首字母縮略詞RAIN(全稱(chēng)是RAdio-frequency IdentificatioN)“旨在表示UHF RFID與云之間的鏈接，在那里可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)、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(xiě)入打過(guò)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(duì)任何有志于無(wú)源UHF RFID的組織開(kāi)放。

今天的制造系統(tǒng)使用存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更靈活、更高效的定制產(chǎn)品。RFID技術(shù)在工廠車(chē)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(shí)別技術(shù)相比，無(wú)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(wú)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(wú)源地測(cè)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(wú)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(zhuān)門(mén)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(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需專(zhuān)門(mén)的硬件或軟件即可獲取和處理測(cè)量值。目前市場(chǎng)上已有的閱讀器就可以捕獲和解釋來(lái)自芯片的數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)發(fā)到更高級(jí)別的系統(tǒng)。舉例來(lái)說(shuō)，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(hào)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(lái)源：Asygn)。

預(yù)測(cè)性維護(hù)應(yīng)用

由于無(wú)電池技術(shù)的進(jìn)步以及對(duì)研發(fā)活動(dòng)的更加重視，全球無(wú)電池RFID傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以13.3%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，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(cè)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(méi)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(hào)調(diào)節(jié)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和通信器件來(lái)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(guò)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(cè)性維護(hù)則是一個(gè)廣泛且通用的案例，它可以預(yù)測(cè)磨損或故障，使維護(hù)技術(shù)人員能夠?qū)Ｗ⒂陉P(guān)鍵問(wèn)題，并通過(guò)生成大量數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建預(yù)測(cè)性模型。諸如橋梁和大型建筑物等金屬上層建筑是此類(lèi)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(huì)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(huì)導(dǎo)致人員受傷。在制造時(shí)將無(wú)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(hù)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(wú)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(cè)水力或風(fēng)能設(shè)備中渦輪葉片過(guò)熱等應(yīng)用。壓力傳感器還可用于檢測(cè)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(guò)嵌入在輪胎內(nèi)的壓力傳感器測(cè)量車(chē)輛重量或負(fù)載。

圖2：將無(wú)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(wèn)，以便長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的變化。(來(lái)源：Asygn)

除了工業(yè)應(yīng)用之外，開(kāi)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(wú)人機(jī)可以監(jiān)測(cè)溫室和露天場(chǎng)地的溫度、濕度和光照條件，可以現(xiàn)場(chǎng)跟蹤裝有耳標(biāo)的牲畜，并通過(guò)監(jiān)測(cè)它們的體溫來(lái)檢測(cè)疾病。將RFID傳感器集成到假肢設(shè)備后，通過(guò)測(cè)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(wèn)題之前通過(guò)修理或更換有缺陷的假肢來(lái)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(jiǎn)、更高效，以最大限度地提高投資回報(bào)率，而無(wú)電池UHF RFID技術(shù)為我們指明了正確的方向。