在汽車快速向智能化邁進的進程中，傳感器尤為關鍵。而智能無源傳感器為無處不在的感測帶來了新的選擇，可以監(jiān)測壓力、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題。相較現(xiàn)有傳感器，智能無源傳感器有諸多優(yōu)勢：現(xiàn)有傳感器需在每個PCB上放置檢測傳感器、電源、控制及通信芯片、單片機等，因而體積尺寸大，成本高，需要維護;而智能無源傳感器的每個節(jié)點為被動發(fā)現(xiàn)智能標簽電源，單片機及數(shù)據(jù)處理都放在獨立的閱讀器上，無需電池，尺寸小，像膠帶一樣薄，每個閱讀器可支持多個標簽，因而成本低，無需維護。此外，設備設計人員現(xiàn)在可以將智能系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)擴展到過去難以接近的區(qū)域和應用中，而不受尺寸的限制或價格的制約。

對先進技術和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的日益依賴，推動了對傳感器的需求，這些傳感器可方便地從少量到大量部署，并且提供低擴展成本和免維護。

技術的進步使許多不同類型設備之間的互聯(lián)成為可能。始于智能手機的互聯(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)設備的聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)由通過各種接口來回傳輸數(shù)據(jù)的許多設備組成，無線云接口是最常見的接口。隨著互連設備數(shù)量不斷增長，對更多數(shù)據(jù)的需求也隨之增長。

產(chǎn)生數(shù)據(jù)的來源很多，電子傳感器通常用于收集互聯(lián)設備的數(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換成電信號的器件。
對數(shù)據(jù)的需求推動了不同類型傳感器市場的增長，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)以前所未有的動能處理來自不同渠道的的數(shù)據(jù)，電子傳感器將更加普及。據(jù) Markets and Markets研究，全球傳感器市場預計將在2022年超過380億美元。從更多地點獲取更多傳感器數(shù)據(jù)的需求將推動新型傳感器的開發(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。

電子傳感器結構

傳統(tǒng)的電子傳感器無論設計怎樣，都包含相同的功能模塊。傳感器的核心模塊是實際的感測元件。感測元件是傳感器的一部分，它對傳感器環(huán)境作出響應，并將環(huán)境條件轉換為電參數(shù)。除了感測元件，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元件、電源模塊和位于每個感測節(jié)點的數(shù)據(jù)處理模塊。隨著需要更多的感測數(shù)據(jù)，擴展到多個感測節(jié)點所需的成本成為一些應用的障礙。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和環(huán)境問題，這也限制了傳感器在某些應用中的部署。傳統(tǒng)的電子傳感器的成本和尺寸限制了傳感器網(wǎng)絡的擴展或進行智能感測的多傳感器系統(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)及相關電路。許多連接的傳感器大部分時間都處于待機或睡眠模式以延長電池使用時間，僅在被喚醒與主機系統(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由外部電源供電，并且大部分數(shù)據(jù)處理都在外部完成，便可實現(xiàn)具性價比的傳感器網(wǎng)絡的擴展，并使多感測傳感器或一次性傳感器等創(chuàng)新在經(jīng)濟上可行。

有一種技術可以提供解決方案：無線無源傳感器已經(jīng)可由存儲器加載，通過無線閱讀器詢問或重寫，并由閱讀器傳輸?shù)腞F場中的能量激活。傳統(tǒng)的RFID通信標準已得到驗證，是穩(wěn)定可靠的，提供了將感測功能與傳統(tǒng)電子傳感器所需的電源和控制電路分開的、開發(fā)新的智能無源傳感器的強大平臺。

智能無源傳感器 智能無源傳感器可以更大地發(fā)揮RFID技術和標準所具的潛力，以支持便利和高能效的無線數(shù)據(jù)交換。圖1顯示了智能無源傳感器的關鍵功能元件，包括天線、刺激檢測器和傳感器塊控制IC，通過集成一個印制天線和刺激檢測回路及一個射頻IC來實現(xiàn)無源傳感器標簽功能。

智能無源傳感器使用行業(yè)標準UHF Gen 2協(xié)議進行通信，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)通過了標簽和功能驗證。安森美半導體的智能無源傳感器生態(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簽數(shù)據(jù)的中樞。

當閱讀器啟動通信時，自調(diào)節(jié)傳感器IC通過測量刺激回路中的阻抗變化來檢測濕度或壓力，并將這些數(shù)據(jù)以及來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)測幾個參數(shù)，包括檢測距離、運動或存在的接收信號強度（RSSI）以及溫度和濕度。每個傳感器還有一個可編程的EPC代碼作為唯一的識別標識。RFID前端自動補償環(huán)境變化，以感測濕度、壓力和其它參數(shù)。

圖1：智能無源傳感器將RFID技術與無源、無MCU的先進感測塊結合起來。

典型應用

低成本或一次性無源傳感器可使大量重要的應用受益。例如，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)中心服務器機架內(nèi)或工業(yè)電源開關內(nèi)高功率斷路器連接處多個位置的溫度，可以監(jiān)控溫度變化趨勢，快速檢測異常升高的溫度，以便進行預防性維護或采取糾正措施。智能無源傳感器直接連接到金屬外殼、器件封裝或散熱片等部件，可對所有傳感器射頻范圍內(nèi)的閱讀器發(fā)出的周期性詢問作出響應。

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

圖2：多個智能無源傳感器可以高性價比地監(jiān)測幾個地點的溫度。

無源智能傳感器標簽也適用于數(shù)字農(nóng)業(yè)應用，例如在牲畜監(jiān)測應用中可以檢查牲畜疾病或驗證牲畜排卵周期。農(nóng)民還使用RFID標簽進行動物識別和跟蹤，可注射標簽的行業(yè)標準已經(jīng)確立。通過在設備或系統(tǒng)方面增加投資，智能無源傳感器幫助進一步改善動物健康、提高養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)量。

同樣，使用智能無源傳感器進行濕度或壓力檢測已在醫(yī)療、工業(yè)測試以及汽車舒適性和安全性等方面得到應用。在醫(yī)療領域，濕度傳感器可以不顯眼地附著在醫(yī)院床單上來檢測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線監(jiān)測。

圖3：無線體溫傳感器標簽快速啟用，舒適又方便。

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

圖4：一個閱讀器滿足無限車載傳感器應用需求

座椅檢測

座椅檢測是通過傳感器來實現(xiàn)保障乘員安全的系統(tǒng)。常用的座椅檢測系統(tǒng)基于重量或壓力進行判斷，任何物體如一袋食品雜貨，也會觸發(fā)安全帶警告，誤判率比較高。
安森美半導體新推出的智能無源傳感器方案中，無線傳感器標簽被嵌入座椅內(nèi)(濕度傳感器標簽嵌入椅背，壓力傳感器標簽嵌入座墊)。濕度標簽通過人體檢測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;壓力標簽通過體重檢測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)化氣囊釋放角度來增強安全性。該方案可檢測車內(nèi)剩余座位數(shù)，可擴展到對后排座椅和兒童安全座椅的檢測，并且多個座椅共用一個控制單元(閱讀器)進行控制，嵌入式無源濕度傳感器無需任何線束和接插件。

圖5：座椅檢測傳統(tǒng)方案(左) vs.智能無源方案(右)

 液位檢測

汽車液位檢測包括對燃油箱油量、機油液位、制動液液位及酸性液體液位等的檢測。市場上當前的汽車液位檢測系統(tǒng)需要連接電線到水槽內(nèi)部。

而安森美半導體的智能無源傳感器可使水槽中沒有任何引線及電氣問題：用流體的介電常數(shù)進行液位檢測，可以檢測多種液體包括水、煤氣、汽油、機油、溶劑酸等等 ，貼合式的濕度傳感器放置在水槽的外部，傳感器標簽最長不超過4英寸，長距離測量可使用多個標簽，通過檢測連通管道可實現(xiàn)精確測量，兩個傳感器分別安裝在上端和下端，通過介電常數(shù)的變化進行檢測(例如氣體混合物)。

圖6：液位檢測市場當前方案(左) vs. 智能無源傳感器方案(右)

雨量傳感器 - 自動雨刮啟動控制

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

圖7：智能雨刮

區(qū)域無線溫度監(jiān)控

當用于區(qū)域無線溫度監(jiān)控時，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)新的智能無源傳感器能用于多個區(qū)域無線溫度監(jiān)控，唯一的RFID識別碼支持自動識別，閱讀器與車內(nèi)網(wǎng)關相連，自動空調(diào)系統(tǒng)可實時讀取數(shù)據(jù)進行自動高精度控制，內(nèi)建 -40 ℃至 +85 ℃ (+/- 1 ℃精度) 測量范圍，下一代產(chǎn)品將支持125℃以上的溫度。

總結

智能無源傳感器為無處不在的感測帶來了新的選擇，可以監(jiān)測壓力、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題。設備設計人員現(xiàn)在可以將智能系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)擴展到過去難以接近的區(qū)域和應用中，而不受尺寸的限制或價格的制約。