物联网中的水和电力

资源面临的挑战是什么？

所有这些例子中，有一些共同的主题。其中之一是需要网络技术来连接显示世界的智能传感器，以共享信息和/或制定决策。第二，所有例子都专注于改善对关键及昂贵资源的管理：电、水和时间。

这些资源受限的事实得到了数据的大力支持。2010年全球消耗了20,200太瓦时(TWh)电能，预计到2040年将达到39,000TWh，每年的电能需量增长为2.2%。假如一个煤电厂的容量为300MW，那么每年需要增加170座煤电厂才能满足全球容量增长需要。如果每座煤电厂的费用大约为10亿美金，这就意味着每年电能容量的投资至少为1700亿美金(更不要说日常维护费用)。注意，这里为了讨论方便，我们简化了问题，因为真正驱动新容量需求的是峰值需量，而不是平均功耗。无论哪种情况，数据都说明我们需要稳定增加昂贵的电能，以满足不断增长的需求。智能电网承诺帮助我们更好地平衡能耗，以降低峰值需量，意味着我们可延迟或节省大幅的容量投资。

如果一段时间没有电，我们依然能够存活；但水的限制可能更为可怕，因为给水缺口将直接威胁我们的生命。作为一个星球，我们必定面临着将水送到任何所需地方的挑战。但当前的给水系统由于泄露的原因加剧了这一挑战。水从清洁到交付的这段时间，给水系统及家庭中的损耗非常巨大...在世界欠发达地区超过50%。据EPA的消息，美国每个家庭每年平均泄漏10,000加仑的水。消费者提高警惕性可很大程度上解决问题，但更为重要的是，需要更好的本地或地区水计量技术来识别原始泄漏源。

我们这里最后讨论的一个关键资源是时间。时间当然也紧缺，因为每个人的一天甚至一生中的时间是有限的。当我们开车四处寻找停车位时，时间和燃油一直在浪费。同时我们也造成了更大的交通流量，耽误其它驾驶者的行程，浪费更多的能源(和时间！)。

IoT：帮助拯救世界(一时间受限的资源)

进入IoT。其使命是拯救世界。也许这有点儿夸张，但在ROI定义明确的 领域——宝贵资源具有获得效率增益的良好机会，智能传感器网络可帮助我们理解和应对问题。这正是为何我们迟早将看到IoT大规模部署的理由。

所以我们需要一个传感器网络。在网络侧，已有的选项有：ZigBee、Wi-Fi、蜂窝、电力线、Bluetooth——大量已有技术能够为IoT需要的数以十亿的传感器提供“声音”。所以，皮球又踢向传感器。为了更好地监测电和水消耗，我们需要高性价比、小体积的电表和水表。没错，虽然您可能已经见过电表和水表。很少有人注意到它们的高性价比或体积小巧到足以部署于大量的消费点。

IoT和电表

为了监测能源消耗，我们不需要更换传统的电表。相反，我们真正需要的是一种能增加至已有应用的现成测量方案。合适精度(1%或更优)的电能测量已经是一门专业学科。所以，我们现在真正需要的是使我们能够检测能源消耗的看守方案。一种可能的方案是传感器制造商在通信模块外部增加一个电流变压器和一个可编程电能测量IC，例如78M6610_LMU。电流变压器用于电能测量，尽管效率高，但可能不满足我们的“高性价比、小体积”要求。

尽管电流变压器是最常见的能耗测量方案的传感器，但体积大、成本高。分流器的成本低、重量轻，但与已有系统集成困难。连接至分流器意味着直接连接至电源的交流电力线。首先要用光耦隔离，然后在测量系统所在的一侧需要附加电源。这一步骤与最初采用分流器节省成本和空间的初衷相违背。市场上现在具有少数高精度测量方案，例如MAX78615/78700芯片组，解决了这个问题，提供隔离且无需构建附加电源即可进行测量。

IoT和水表

扩展水耗传感器网络是一项更大的挑战。智能插头，例如上例中介绍的Belkin，能够快速普及的原因是安装非常简单，并且安装之后难以觉察。但智能水表就刺眼得多。想象一下智能插头大小的装置绑在浴缸进水口、花洒水管或脸盆水龙头上的样子。现在，这种装置的大小会使它碍手碍脚。

对智能水表发展的一个更大威胁实际上是市场上普遍使用的机械式水表。当今大多数水表中有一个随水流旋转的涡轮。这种物理装置笨重且不精确。甚至更糟糕的是，这些机械式水表不能检测到与“典型泄露家庭”相关的流量。许多所谓的“智能”水表仅仅利用一个小型微控制器计算涡轮转数，然后通过无线网络发送数据。幸运的是，有新技术可消除水表中的机械部件，允许设计较新的高可靠性智能水表，缩小尺寸，提高测量精度(尤其是低漏泄率时)，能够进入更多的潜在家庭。

超声流量计量技术，曾一度专用于给水系统或工业流量监测系统中使用的昂贵水表，现在可用于公共事业水表或其它流量应用。超声流量检测使用硅与两个压电元件配合工作：一个传感器将一个脉冲发送至另一个传感器(反之亦然)。脉冲传输时间差表示液体或气体的流速。利用超声计量技术，我们能检测到极低的流量，甚至流量小到“典型泄露家庭”都行。但这种测量很复杂，我们需要特殊的硅传感器，以便检测一个家庭中的平均漏泄水平。

看起来水流量传感器变得像智能插头那样普及还有很长的路要求。尽管如此，即使少数用户更换房屋内的分户水表，社会也会从中受益。我一定会有兴趣知道洗一次碗要消耗多少水。保持游泳池的水位需要多少水？(也许我该买一个蒸发屏？)在给水系统中更大规模地部署水流量传感器的好处甚至更为诱人。也许我们能检测并修复为给家庭供水而引起的大幅损耗。