物联网只是一直在未来吗？能源从何而来？

在2012年，德国在汉诺威工业博览会上首倡“工业4.0”计划，其核心目的就是推动物联网。它的目标是促进自动化生产以及在M2M框架下由IT支持的生产，并通过先进技术的应用允许生产模型从基于批量生产到基于订单的生产，从而实现智能生产、绿色生产和城市生产的愿景，这些新的思维方式才是实现物联网的基础动力。

同样地，M2M框架在其他领域的应用也已改变这些行业的各自面貌。在交通运输系统中的M2M应用已经驱动物联网到智能交通的应用程序，并引导建立更为全面的ITS系统。在家庭中的M2M应用使得物联网进入家庭，引致智能建筑和智能家庭的愿景。总之，与“物”之间的连接，将使得我们的生活在每个层面变得更加智能。

物联网的发展显然是在今年的移动世界大会（MWC）。在2015年的MWC上，有很多关于物联网的应用示范，显示人们变得更加有创意以及可能的物联网应用。但是，尽管物联网概念存在一段时间，但目前还是处于发展的初级阶段。主要因为供应商目前正处在测试物联网应用程序的深水区。此外，数据规格和设备连接规范仍未全面标准化。网络带宽以及大数据应用程序，后续的数据分析也在发展和调整。消费者仍未完全适应这些类型的应用程序。因此，我们目前只是看到许多概念应用程序或者较浅的应用模型。

"通信"和"功率"是关键

通过考虑仔细看看物联网的特点，你会发现，成功地推动物联网，有两个基本障碍必须克服。

首先是通信的综合利用。如果有些物体要连接到其他的物体，就必须建立完整的通信系统，特别是对于涉及安全的实时监测系统，这些要求在通信方面的严格要求。随着网络的广泛发展，在传统的应用程序中，设备连接到网络，已在工业级通信市场驱动强劲增长。此外，因为我们需要将现代设备变得更大强大，"通信"已成为关键，为实现系统自动化以及对于制作智能系统。

第二是能源的需要。各类设备和器材分散在各种应用程序位置，维持稳定来源是电力的一个困难的任务。除了设备或装置"自给自足"通过使用可再生能源，通过工业通信体系结构的集成供电是另一种选择。传统工业级网络，主要是封闭体系结构。在 20 世纪 90 年代，由于分布式控制，工业通信经历了通过改进控制技术的快速发展，这导致很多的通信技术，建立现场总线 Profibus、 DeviceNet、 CANopen、 FieldbusFundation 或 HSE等。这些技术之间的竞争也变得日益明显。这些接口然而并不相互兼容，这使得它更难将它们集成。这就是为什么以太网 (这原本是在商业环境中) 解决机对机通信的问题，一旦它进入军事和工业市场，不能带来开放性和兼容性，但也驱动网络设备市场的发展，其中包括积极的 I/O 服务器，嵌入式工业通讯计算机、 交换机、 串行设备和网络服务器等等，都很受欢迎的工业以太网通讯产品。对于这些类型，通过以太网供电将是设备的最优解。

因为通过以太网获得电子设备能源并不需要额外的电源插头，系统总成本会降低，PoE (以太网供电) 解决方案在市场上快速上升，其受欢迎程度每天在增加。严格说来，PoE使用标准的以太网电缆传输基于IEEE802.3af协议，这意味着，通过使用单一的以太网电缆，可以传输数据，可以提供直流电源的电源。因此，可以正确地说，PoE技术给10Mbps以太网双绞线电缆1Gbps传输能力供电的能力。

根据 IEEE 802.3 af协议，为电源传输的最大距离也达 100 米，从而消除了任何交流电源安装位置的限制。因此，基于运动探测器的网络摄像机和远程传感器等设备使用这种技术变得可行。此外，使用PoE技术的电子设备不易于管理，但也配备了与远程电源/电源切断功能，又将促进物联网发展。此外，系统的规划者也可以使用PoE交换机与UPS系统，以集中方式管理多个远程设备，所以无需担心远程设备的电源供应或通信中断，即使在大风、大雨，或人为因素 (例如停电) 影响下的电源供应。

除了PoE技术，微功率捕获技术也是一种技术不能忽视。近年来，能源捕获开发技术主要朝着小型化设备方向发展，特别是随着物联网概念的兴起。产品包括衣物以及便携式医疗设备，所有渴望挣脱电源限制，已经被越来越多的研究机构和公司从事微能量收集使用效率更高的集成电路的发展。

人类开始发展"能源收获"技术自很早在我们的历史。在远古时代，我们已经知道如何利用现象在自然的环境 (例如风和水) 以电力操作的机器。今天，我们仍然使用这些能源收获和能源转换技术，唯一的区别就是我们正在做它甚至更有效率，从水、风和太阳的能量转换形式的电力，我们可以更容易地使用在更大的尺度上。

简单地说，能源收获的基本概念有两个重要优点。它基于概念，如"它本质上是不会消耗能量，"和"它不会产生负面影响的环境。"因此，在理想条件下物联网系统可以通过这些方法形成"永动机"的国家。根据来自德州仪器的统计数据，可以收获的微能源来源包括振动运动、 温度的差异，光，以及无线电频率 (RF) 波 (其权力是只有 1%的光)。从这些选项中，振动运动是最易受影响的环境温度下或光，并且正在接受最引人关注。有四种类别的振动到电气功率转换 (基于发电的方法): 电磁、 压电、 静电、 磁致伸缩。在压电电源转换时，在外部环境中的振动用于变形压电材料，从而改变这些压电材料，产生电流的电场。此方法提供了较高水平的电气耦合，和相关的设备可以通过MEMS工艺，允许他们保持轻、薄和小型化。这就是为什么基于振动的压电能量采集已成为下研究和开发的主流技术。

在实际应用中，由于移动车辆产生振动的能量，能量可以收获从轮胎的振动和转换为电力。收获的力量然后可以直接提供给轮胎压力管理系统 (TPMS) ICs 在轮胎上，从而大大减少金额的时候，电池需要更换。另一个例子是将发电产生力量，当你走的鞋子。尽管生产使用当前设计的电力还没有能够完全充电的手机，它仍会有用的紧急或临时电源，使它一个相当实用的应用程序。在工业设置中使用的类似设备可以刺激甚至更具创造性的应用程序。

毫无疑问，这种能量是消费品，但能源收获和PoE技术的结合，让物联网设备保持"总是准备移动"的状态并不是那么的难。