物联网的MEMS感知器件与应用

　　6月22日至23日，由上海市通信管理局、中国国际贸易促进委员会上海分会、中国联通上海公司主办，中国电信上海公司、中国移动上海公司共同主办的2010中国国际物联网大会第三届上海通信发展论坛在上海举行。 

上图是美新半导体公司副总裁陈东敏发表题为“物联网的MEMS感知器件与应用”的演讲

　　以下是演讲全文：

　　陈东敏：大家上午好!美新是1999年在麻省的一个小城镇创办的，是中国留学生赵阳博士创办的，07年在美国纳斯达克上市。它的研发总部在东部的芝加哥，还有美国西海岸的硅谷，包括上海和无锡，无锡现在有一个传感的制造基地，在无锡高新区。09年美新收购了硅谷的一家公司的主要两个业务。一个是无线传感网的技术，一个是航空导航技术，这都是跟传感网相关的方面。今天报告里主要是想谈一下收购的无线传感网技术的应用。

　　目前我们公司有三大产品系列：一，传感网是以MEMS制造的传感网，主要是应有于手机个汽车里的传感。第二块是比较高端的，就是惯性导航系统，主要是对飞机在飞行过程当中提供惯性导航。第三个是无线传感网，大概在十年前公司创始人很早就把X—mesh引出来，开发了无线传感网、自主网的应用。欧很多优越性，这个技术实际上现在在国际上很多科研单位，包括中国很多高校和研究所都采用这个技术做无线传感网的应用。

　　昨天大家讲了很多问题，就是目前怎么样让物联网形成一个有规模化的产业。在美国、日本这个技术已经用了相当多年，大概接近8年时间。美新在日本有一个合资公司，我们看一下在日本合资公司的销售业绩，高峰期是2005年，也就是说无线传感网在05年在达到顶峰，之后往下掉。我们在国际上做了很多应用，核心问题也是没有形成规模化销售。昨天谈了很多，希望通过运营商的促动，通过宏观引导来使得这个技术在中国形成规模化的技术。从应用端角度来看核心问题是一个价格的问题。目前看来技术都是现成的，比如说农业用的位置是没有电源的，也是无线的，需要无线技术，而且需要一种低功耗技术，但是任何一种应用要么带来社会效益，要么形成经济效益，有这两种效益才会形成可持续的商业运作。

　　日本政府通过政府的行为想来启动这么一个市场，当前中国政府也想通过政府的引导来启动资金进行引导。传感的结构实际上从工业应用来讲很简单，主要是采集数据，把数据传送到终端，经过分析以后来处理，然后再反馈到决策里面去。刚才IBM的陈院长已经做了很理论性的概述。很早的时候开发了自主网的技术，有了物联网技术以后，跟自主网结合就可以形成一个完整的物联网系统，也就是说不需要运营商就可以做很多事情了。有运营商以后我们希望把事情做得更大、规模化一些。总体方案实际上很简单，通过刚才介绍的像TI的芯片，加上一个协议就形成一个自主网的协议，这是每一个节点之间可以组成一个网络，通过网关进入主干网，只要有一个网关来把TI芯片组成节点，每个节点都有传感网，那就可以形成主干网，这样把数据才能下来，还可以反向地把指令传送出去。这个技术实际上现在已经成熟了，我们没有必要等联通、也没有必要等移动，也没有等其他的公司。所以对各个中小企业来讲这是一个很好的事情。等下我会讲很多的案例。

　　在国外实际上这么多年来没有运营商大量地推动所谓的物联网技术。作为一个公司来讲采取了垂直解决问题的方案。我们从芯片膜组做到模块、节点、网关，最后到整体的应用，我们提供的是一个整体的方案。只要有英特网存在你就可以干这个事情。目前这么大的网络建起来需要靠数据，互联网是靠人工来传输，不管是图像，还是电话都是人在网络里传送信息。我想物联网很大一部分就是通过机器和传感网来自动采集环境的信息，把信息送到网络上去。第一步需要有眼睛、有鼻子、有嘴巴，这样就必须要用机械化来替代。

　　我们知道目前最好的方案就是用半导体工艺来制造传感器。这是四大传感器公司。比如说有一个加速传感器，这个传感器大小只有两个毫米，可以测所有的运动速度、加速度、震动都可以测出来。这个传感器的成本只有几毛钱。地质传感器，可以测磁场，把这些传感器集成到手机里以后可以告诉你环球金融中心在你的左边，还是在右边，这是GPS目前办不到的。很快你们的手机就有这个功能了。另外一个传感器是比较成熟的，叫压力，或者是叫流量传感器，我们知道所有的自动读表需要有大量的传感器。当规模化生产的时候，一个晶元是上万颗，如果没有一个很大的市场来启动，就没有一家公司投这个钱来开发。目前基本上传感技术都存在，但是过去是以仪器的方法来做传感，仪器很贵，所以一个仪器从国外进口过来都是几万块钱，制造成本也很高，所以不可能大量地来铺，如果大量地铺到环境当中一定要把这个成本降下来。如果有市场就有像美新这样的公司来做，如果没有市场就没有人投这个钱。我认为政府和运营商最大的功能就是要诱导一个巨大的市场，使得中小型企业把他们的长处发挥出来。

　　这是我们另外一系列的运动传感器在工业化的用处很多，包括水下机器人、监测、机器人、农业耕作，拖拉机可以无人驾驶，包括建筑商的安全等等，美新技术基本上芯片还是一个微处理器加一个射频的传感器，但是我们开发自己比较独特的X—mesh的协议，功耗是最低的。除此以外，我刚才讲过我们提供一个整体解决方案，从传感器一直做到传送，从传送最后做到终端的软件，可以把信息采集出来，整个平台是完善的。

　　在过去十年当中很多客户对美新公司提过很多很多的要求，根据他们的要求我们需求有的是注重节能，有的在环境不同情况下我们开发一大批的节点，核心技术还是X—mesh的技术，但是在结构里做了相应的调整。每一个应用如果没有规模化操作的话，那开发成本是很高。所以最后就沉淀到一个比较朴实的系统，我们叫Eko。可以看一下太阳能电池对它进行充电，里面通讯芯片包括天线，底端有4个接口可以支撑8个传感器，除了刚才讲运动传感器以外，我们还选择了一批自主网络应用的传感器，跟Eko产品兼容，现在市场上这些产品都是可以购买的。

　　下面我介绍一下传感器以及自主网在应用的案例，可能比前面听到的多一点，详细一点。这是一个自动化监测生产过程当中设备的状态，通过无线网的形式很快就可以回到监控台，一个工程师、工人可以监管一整个车间。这有类似的原理，英国石化给我们提出一个问题，这些油轮机舱里每天需要大量的工人在不停地巡逻、记录仪表，然后把整个机舱的运转状态通过记录形式来监控。如果传感器布线的话成本非常高，因此我们提出一个无线传感技术，很快就可以把信息通过无线传感网形式传到指挥台进行控制，减少了油轮输运的成本。这是一方面。

　　第二个是跟国家电网合作的项目。这个项目非常成功。我们把技术和三维的加速传感器结合起来，用来监测高压输电线的状态。大家知道电线在风的情况下会有震动，通过监测可以知道高压输电线的安全性和运作情况。如果有部分断路的话很快节可以知道，由此可以避免事故发生。比如说结冰，甚至造成高压塔的倒塌，这些都发生过，如果现在知道的话就可以破机器人上去来把冰除去。国家电网已经在13个省份地区来大量推广这个技术。这是类似的一种应用，就是用热的传感器和无线传感网技术通过自动化来远程监测供网管的状态。

　　我们在环境方面也做了很多的工作。我举一个例子，香港很多建筑物都建在山坡上，这是比较危险的。因此香港政府要求他们对山体滑坡做时时的监测，在山体里打一个柱子，在倾角传感器终端有一个无线发射器，山体滑动的时候很快就可以知道，所以可以预告山体滑坡，避免了人类的伤亡。最近中国有很多洪水灾害，目前这些技术都是现成的。

　　农业方面的应用也非常有意思，我们在美国做得比较成功，是加州的酒庄，在葡萄根的深处落监测温度、湿度，每一年葡萄的品质是不一样的，通过监控来捕获一些信息，通过调整来提高酒的品质，提高酒品质的同时提高了葡萄的产能20%。如果没有这种传感器来监测的话就没办法做很精准的农业耕种技术。我们在加州有几十家酒庄采用了这个技术。

　　前不久高尔夫球场也让我们做这个方案，每年草坪维护不好的话，死掉再长一块需要花很多钱。在这个草坪上又不能拉线，所以打一个洞，通过无线网的形式来传出来。这是高尔夫球场的应用。建筑方面的话，我们提供了所有的传感器可以在大部分的建筑上采用。目前跟一个大学的桥梁教授合作，在韩国大桥上做了一个很多年实验，在里面布了将近50个振动传感器，现在已经有了整套对桥梁监控的解决方案，这些是现成的方案，这个产品目前在向全世界推广。预计在今后几年中全世界大概有几千座桥梁采用这个技术，这个成本跟桥梁制造成本相比是微不足道的。如果在桥梁构建一开始就放进去可以大大节省对桥梁的维护。

　　最后一个案例是跟日本分公司的合作，就是做节能方面的监测。日本目前在节能减排中有些比较具体的措施要求，每个公司电力的消耗要比前一年有所下降，使得我们对能耗监测并且很重要的事情，我们采取了一些节点技术，对车间进行能耗监测，通过这个方案来降低他们能源的使用。这是一个日本超市用的将近3万个节点的传感器来监控超市里的电冰箱，就是冷却系统，因为日本人卖寿司很多，所以他们电冰箱用得很多。

　　最后一个案例是物流监控。过去我们知道物流监控要定位，知道物流到了哪一个位置。现在物流监控已经比过去高出很高的层次。这个物流监控设备里面除了有GPS定位器以外、输送传输芯片，另外还有对温度、湿度进行监测。我们叫高附加值的物品输送。目前用的是这个模块来贴上去进行跟踪，客户可以随时随地监测这个物品的环境、状态。

　　这些技术很多都不是一家小公司可以做出来的，需要跟用户经过合作以后提出的各种解决方案。这个芯片膜组实际上已经在国际上用了很多年，最近IBM“瑞克”(谐音)研发团队为了推广物联网技术开发了一款新的系统软件。这个软件专门为小型网络系统开发，他们评估了很多自主网的芯片技术，最后选定用我们的芯片，大概两周以前在美国有一个发布会，IBM已经正式把系统软件和芯片绑起来。这个应用系统的好处是我们目前看到应用都是低端的软件。这是现在非常兴奋的一件事情，我们通过跟IBM联盟正在开发下一代的芯片，这跟目前的网络协议，以及无线网络、传感比都可以进行互相通信。我们跟国家电网，以及一些大学做了很多合作，所以物联网的空间非常大，没有一家公司都可以全部做掉。希望通过这个介绍使得大家对美新公司的技术产品有所了解。希望大家多多跟我们联系，合同合作来开发中国的物联网市场。

　　谢谢大家!