智能無(wú)源傳感器 開(kāi)啟汽車低成本感測(cè)

寂靜天花板

安森美半導(dǎo)體作為全球汽車半導(dǎo)體行業(yè)翹楚,，持續(xù)推動(dòng)汽車領(lǐng)域的高能效創(chuàng)新,，推出首創(chuàng)的超高頻射頻識(shí)別（RFID）傳感器,。
7 a' X/ A0 w7 X4 l  s' ^該器件將一個(gè)稱為Magnus的智能傳感器IC及可印制的天線相結(jié)合,，無(wú)需外接電源,，能無(wú)線感測(cè)溫度,、濕度,、壓力和距離,，用于汽車胎壓監(jiān)測(cè)、座椅壓力檢測(cè),、整車質(zhì)量控制漏水檢測(cè)及液位檢測(cè)可降低成本,，提升能效和可靠性，并為無(wú)限量的汽車及其它低成本感測(cè)應(yīng)用開(kāi)啟了大門,。

. ~! Z4 @+ T* I! A+ p現(xiàn)有無(wú)線傳感器與智能無(wú)源傳感器的比較

當(dāng)前市面上的無(wú)線傳感器大都由收發(fā)器,、額外的外圍元件、刺激探測(cè)器及微控制器等多個(gè)IC組成,，由電池供電,，需要使用專用微控制器在每一節(jié)點(diǎn)對(duì)感測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地后處理。這類方案由于所需元件數(shù)較多，且后期使用需要維護(hù),，導(dǎo)致成本較高,，目標(biāo)市場(chǎng)有限。

智能無(wú)源傳感器則將多個(gè)傳感器和功能集成到單個(gè)芯片（遠(yuǎn)程中央處理單元進(jìn)行后處理,。這種創(chuàng)新方案的優(yōu)勢(shì)在于集成度高,，元件數(shù)較少，單個(gè)處理單元可為多個(gè)傳感器工作,，無(wú)需后期維護(hù),，較傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器降低成本和能耗，且市場(chǎng)擴(kuò)展性極高,。

智能無(wú)源傳感器的工作原理

智能無(wú)源傳感器的核心是MagnusR-SIC和一個(gè)遠(yuǎn)程無(wú)線收發(fā)器,。MagnusR-S是一個(gè)系統(tǒng)單芯片，集成了能量收集引擎,、感測(cè)濕度或壓力的ChameleonTM傳感器引擎,、溫度傳感器、感測(cè)接收到的能源的距離傳感器及存儲(chǔ)獨(dú)特ID的非易失性存儲(chǔ)器,；遠(yuǎn)程無(wú)線收發(fā)器用于收集感測(cè)信息并對(duì)其進(jìn)行后處理,，每秒能收集來(lái)自100個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。

由MagnusR-S連接到天線而形成的智能無(wú)源傳感器是完全可嵌入的,。天線作為MagnusR-S和遠(yuǎn)程無(wú)線收發(fā)器之間的通信介質(zhì),，和根據(jù)環(huán)境改變天線阻抗的刺激探測(cè)器。ChameleonTM傳感器引擎用于檢測(cè)由周圍環(huán)境變化引起的天線阻抗的變化,，將感測(cè)到的數(shù)據(jù)數(shù)字化為9位數(shù)字代碼以便進(jìn)行處理,。距離傳感器檢測(cè)芯片內(nèi)部可提供的功率，以確定與無(wú)線收發(fā)器相關(guān)的傳感器的位置,，它將距離信息數(shù)字化為5位數(shù)字代碼,。溫度傳感器的檢測(cè)精度在0oc-50oc為±0.3oc，在-40oc-85oc為±1oc,。感測(cè)通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中校準(zhǔn)的已知狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)測(cè)量而實(shí)現(xiàn),，參考數(shù)據(jù)可隨時(shí)被檢索用于相關(guān)感測(cè)。遠(yuǎn)程無(wú)線收發(fā)器收集感測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行后處理,，減輕每一單個(gè)傳感器本地后處理數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān),，使得單個(gè)無(wú)線收發(fā)器能服務(wù)于數(shù)以千計(jì)的傳感器。
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汽車智能無(wú)源傳感器

因MagnusR-SIC采用定制的天線和封裝,，高度靈活性使得智能無(wú)源傳感器能跨越汽車,、醫(yī)療、工業(yè),、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,。在汽車領(lǐng)域,，該方案主要用于胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、座椅壓力檢測(cè),、整車質(zhì)量控制漏水檢測(cè)及液位檢測(cè),。
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胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
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胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用作實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)行車過(guò)程中的輪胎氣壓，在出現(xiàn)胎壓不足或過(guò)高的危險(xiǎn)征兆時(shí)及時(shí)報(bào)警,，提升行車安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性,，延長(zhǎng)輪胎使用時(shí)間，減少懸掛系統(tǒng)的磨損,。市場(chǎng)上當(dāng)前用于胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多芯片傳感器,，被安裝在每一輪圈和閥桿，使用電池供電,，能耗高于250uW,，需要加速計(jì)以避免輪胎未移動(dòng)時(shí)將電池耗盡,，在輪胎旋轉(zhuǎn)期間需重新編程以定位,，成本高于30美元。
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最初使用智能無(wú)源傳感器的胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)雙天線模塊和一個(gè)撓度隨壓力變化的鋼膜組成：?jiǎn)螛O子利用閥桿作為通信的單極子天線,，環(huán)形天線收集電能以驅(qū)動(dòng)傳感器,；鋼膜是真空填充球的一部分，和PCB一起被封裝在一個(gè)塑料體內(nèi),。其工作原理的核心是：電容式傳感器檢測(cè)由鋼膜撓度變化引起的電容變化,。

而安森美半導(dǎo)體的智能無(wú)源傳感器是單芯片方案，由MagnusR供電而無(wú)需電池,，能耗低于15uW,。智能無(wú)源傳感器標(biāo)簽置于每一輪胎，獨(dú)特的RFID提供自動(dòng)輪胎定位,，無(wú)論當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)還是靜止時(shí)都可感測(cè)輪胎壓力和溫度信息,，并將信息數(shù)字化為9位代碼。該方案集成含前后兩條天線的軟件無(wú)線電模塊到現(xiàn)成的電子控制單元,，可用于汽車中的多個(gè)傳感器標(biāo)簽,。這智能無(wú)源傳感器方案用于胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于30美元。

0 R4 t2 ^) r6 l傳感器標(biāo)簽的識(shí)別是通過(guò)利用每一傳感器的兩個(gè)非易失性內(nèi)存插槽,，即標(biāo)簽識(shí)別號(hào)（TID）和電子產(chǎn)品代碼（EPC）來(lái)實(shí)現(xiàn),。TID內(nèi)存插槽提供無(wú)法擦除的唯一傳感器識(shí)別號(hào)，并在生產(chǎn)過(guò)程中以硅級(jí)別分配給每一傳感器,。TID包含制造代碼（由RFID全球管理機(jī)構(gòu)GS1分配）和傳感器類型,、制造時(shí)間及地點(diǎn)信息。EPC內(nèi)存插槽為用戶定義的分配給傳感器標(biāo)簽的標(biāo)號(hào)提供最少96位可寫內(nèi)存,。
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, }0 G0 t/ t- |9 s& T, }2 M# g座椅壓力檢測(cè)
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座椅壓力檢測(cè)是通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)保障乘員安全的系統(tǒng),。當(dāng)今的座椅壓力傳感器是有源有線的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè),，置于坐墊內(nèi)，需要連接電源,，且不提供人體檢測(cè),，只提供壓力檢測(cè)，因此,，任何物體如一袋食品雜貨,，也會(huì)觸發(fā)安全帶警告燈。
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  _) Y; }" a- O% C安森美半導(dǎo)體新推出的用于座椅壓力檢測(cè)的方案是無(wú)源無(wú)線的單芯片方案,，無(wú)需電池供電,，能耗低于15uW。該無(wú)線傳感器標(biāo)簽被貼于座椅內(nèi)（濕度傳感器標(biāo)簽貼于椅背,，壓力傳感器標(biāo)簽貼于座墊）,。濕度標(biāo)簽通過(guò)人體檢測(cè)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(biāo)簽通過(guò)體重檢測(cè)確定坐在座位上的是小孩還是成年人，這信息可從RFID閱讀器發(fā)送到汽車控制單元以優(yōu)化氣囊釋放角度來(lái)增強(qiáng)安全性,。其中的軟件無(wú)線電模塊可使用胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的相同單元,。這方案易于擴(kuò)展至添加乘員位置檢測(cè)功能。

整車質(zhì)量控制
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* U% h+ Y2 v8 O漏水檢測(cè)車廠在汽車出廠前會(huì)對(duì)其進(jìn)行高壓浸水測(cè)試：關(guān)閉汽車門窗后,，從不同角度對(duì)汽車進(jìn)行高壓噴水,，以測(cè)試汽車的密封性能及底盤是否滲水。當(dāng)前市面上的方案多采用人工探測(cè)的方式,，耗時(shí)長(zhǎng)且容易出錯(cuò),，一旦檢測(cè)出漏水，必須將汽車拆卸至底盤以作修復(fù),。
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安森美半導(dǎo)體的智能無(wú)源傳感器用于此類應(yīng)用時(shí),，在制造過(guò)程中將無(wú)線傳感器標(biāo)簽貼于底盤的特定區(qū)域，通過(guò)簡(jiǎn)單的干或濕的傳感器代碼提供濕度傳感器功能,，工廠工人只需手持閱讀器繞車查詢傳感器標(biāo)簽,，無(wú)需人工探測(cè)，如果浸水,，傳感器代碼會(huì)指出精確的浸水源,，汽車將下線作檢測(cè)。根據(jù)汽車尺寸和汽車整車廠商的要求,，用于整車漏水檢測(cè)的配置可由2至10多個(gè)濕度傳感器組成,。

" a5 @' K- P" m: D, ^; S液位檢測(cè)
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8 Y* q% d0 h& C+ H  S汽車液位檢測(cè)包括對(duì)燃油箱油量、機(jī)油液位,、制動(dòng)液液位及酸性液體液位等的檢測(cè),。市場(chǎng)上當(dāng)前的汽車液位檢測(cè)系統(tǒng)需要連接電線,，且須位于容器內(nèi)部。

而安森美半導(dǎo)體的智能無(wú)源傳感器可在容器外感測(cè)液位,，省去油箱里的敏感電子,。這傳感器標(biāo)簽針對(duì)液體的介電常數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，能檢測(cè)多種液體,；其長(zhǎng)度最長(zhǎng)不超過(guò)4英寸,，從而能滿足在空間有限的容器外貼多個(gè)傳感器標(biāo)簽的需求。
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) U6 d! F0 g" k" j將智能無(wú)源傳感器標(biāo)簽剝離并貼在容器外,，并使用手持閱讀器查詢傳感器標(biāo)簽以獲得一個(gè)傳感器代碼,，傳感器代碼將被發(fā)送到后端微控制器用于后處理，以將傳感器代碼和汽車內(nèi)特定的液位相對(duì)應(yīng),。
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