科技的應(yīng)用產(chǎn)生了源源不斷的數(shù)據(jù)流，對(duì)于多數(shù)人而言，這已然是互聯(lián)互通社會(huì)的常態(tài)。如今，口袋里的“計(jì)算機(jī)”無(wú)處不在，各個(gè)觸點(diǎn)都能產(chǎn)生信息，普通人已經(jīng)習(xí)慣了0和1組成的數(shù)據(jù)被傳送至線上收集點(diǎn)。

但在世界上的某些地區(qū)，這樣的觀念尚未普及：仍有幾億人生活在數(shù)據(jù)可有可無(wú)的環(huán)境中。也許他們并不覺(jué)得自己“與世隔絕”，因?yàn)榫佑跀?shù)據(jù)訪問(wèn)受限的社區(qū)中，可能意識(shí)不到所謂的“智能”技術(shù)會(huì)給生活帶來(lái)怎樣的改變。更重要的是，他們可能不曾意識(shí)到，只要為共用的資源安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的傳感器，就能讓所在社區(qū)發(fā)生翻天覆地的變化。

ADI對(duì)企業(yè)社會(huì)責(zé)任的承諾

ADI對(duì)于企業(yè)社會(huì)責(zé)任的承諾不僅根植于公司的基因之中，還不斷向外延伸，通過(guò)激發(fā)員工的意愿，發(fā)揮員工的經(jīng)驗(yàn)和特長(zhǎng)，積極參與到可持續(xù)方案的實(shí)踐中。例如，2019企業(yè)責(zé)任報(bào)告《科技向善》就展現(xiàn)了公司已完成的使命及未來(lái)希望達(dá)成的愿景。

ADI作為互聯(lián)社會(huì)公認(rèn)的領(lǐng)軍企業(yè)，愿意為一些已發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提供創(chuàng)新有效的解決方案，繼續(xù)承擔(dān)更多的社會(huì)責(zé)任。近期， ADI與多方合作伙伴共同將“智能水源”（Smart Water）項(xiàng)目引入烏干達(dá)農(nóng)村社區(qū)。

ADI數(shù)字醫(yī)療事業(yè)部生物傳感器技術(shù)總監(jiān)Ray Speer表示，此類社會(huì)公益項(xiàng)目會(huì)帶來(lái)多重積極影響。Ray說(shuō)道：“回想2013年，我當(dāng)時(shí)剛好有些空余時(shí)間，想通過(guò)某種方式帶來(lái)一些改變。我志愿參與了一項(xiàng)前往非洲了解情況的任務(wù)，在那里，我親眼見(jiàn)到可靠、可獲取的清潔水源對(duì)農(nóng)村社區(qū)而言有多么重要。每當(dāng)引水進(jìn)村時(shí)，村民都會(huì)大肆慶祝一番，但倘若水井枯竭或者水泵出現(xiàn)故障，村民們就只能收集有各種安全隱患的地表水。”

在非洲，取水從來(lái)是“女性的工作”。這通常意味著婦女和年輕女孩不得不長(zhǎng)途跋涉，在方形油桶里接滿水，再運(yùn)回家。在他們看來(lái)，取水比上學(xué)更重要（如果有學(xué)可上的話），所以女孩們經(jīng)常無(wú)法接受教育。另外，獨(dú)自一人取水還伴隨著種種危險(xiǎn)。換言之，如果非洲農(nóng)村社區(qū)能鑿一口井，生活質(zhì)量就會(huì)顯著提高。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，尋找解決方案

在東非，社區(qū)共用的手動(dòng)泵抽水井已經(jīng)非常普遍。愛(ài)爾蘭非政府組織Fields of Life曾挖過(guò)一些優(yōu)質(zhì)水井，井深為40米到100米，以確保與水層相交，低水位地區(qū)還需要挖得更深。這些水泵總體性能可靠，但在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用后，不可避免地會(huì)出現(xiàn)組件磨損，需要維護(hù)和保養(yǎng)。

一旦水井無(wú)法使用，當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)就會(huì)立即回到尋水取水的傳統(tǒng)模式，并被迫承受隨之而來(lái)的各種危險(xiǎn)。Ray注意到，在尋找必要的維修資源和商定付款期間，一口井幾個(gè)月都不能使用的情況并不少見(jiàn)。

他表示，智能水源項(xiàng)目計(jì)劃為這些偏遠(yuǎn)的水井安裝無(wú)線監(jiān)控，實(shí)行合理的資源管理、水泵實(shí)時(shí)監(jiān)控和定期維護(hù)，從而避免故障發(fā)生。同樣的問(wèn)題在非洲各個(gè)農(nóng)村不斷上演，如果能有可推廣的解決方案，將有助實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)第6.1條：“到2030年以前，人人都可享有安全、可負(fù)擔(dān)的飲用水。”

Ray從非洲回來(lái)后，曾與上文提及的Fields of Life發(fā)展與募資部負(fù)責(zé)人Alex Gason進(jìn)行過(guò)交流。該組織已在東非開(kāi)展了20多年的工作，Gason深知取水和水供應(yīng)中斷問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著當(dāng)?shù)厝嗣竦纳睢?/p>

他們用一杯咖啡的時(shí)間探討了這些難題，也談起了智能水源項(xiàng)目誕生的緣由。顯然，落實(shí)這一宏偉項(xiàng)目不僅需要協(xié)作，還需要更多的在非實(shí)地考察。

協(xié)作與伙伴精神

Ray表示：“已故的時(shí)任首席技術(shù)官Peter Real曾堅(jiān)定支持這一（智能水源）想法，他呼吁要建立相互協(xié)作的伙伴關(guān)系。”在公司內(nèi)部取得支持后，下一步行動(dòng)是找到合適的伙伴。

2018年末，ADI在利默里克的歐洲研發(fā)中心主辦了一場(chǎng)信息分享大會(huì)，當(dāng)?shù)貙W(xué)術(shù)界、工業(yè)界人士以及ADI員工均踴躍參與。

附近香農(nóng)區(qū)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)公司CW Applied Technology的首席執(zhí)行官John O’Connell率先表示將鼎力支持。知名的工程咨詢公司奧雅納（Arup）也對(duì)項(xiàng)目愿景表示贊同，更重要的是，奧雅納為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)安裝提供了水文學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)和在非人員協(xié)助。

2019年初，ADI、萊特肯尼理工學(xué)院無(wú)線傳感器與應(yīng)用研究（WiSAR）實(shí)驗(yàn)室（Ray是其董事會(huì)成員）、CW Applied Technology、愛(ài)爾蘭電信提供商VT、奧雅納以及烏干達(dá)庫(kù)米（Kumi）地方政府共同達(dá)成了創(chuàng)新合作伙伴關(guān)系。

所有利益相關(guān)方、用水戶、水井委員會(huì)、區(qū)域水資源辦公室和當(dāng)?shù)卣畣T工都參與到項(xiàng)目中，這一點(diǎn)尤為重要。

通常每400口鉆井中，區(qū)域水資源部門的預(yù)算僅能支持約15口井的維修費(fèi)用，因此這些部門很快就體會(huì)到了智能水源項(xiàng)目帶來(lái)的益處。而這很大程度上要?dú)w功于Fields of Life和奧雅納在烏干達(dá)的工作人員，他們不辭辛勞地向社區(qū)代表解釋概念、安撫群眾恐懼心理并傾聽(tīng)訴求。期間，F(xiàn)ields of Life提出一項(xiàng)要求：代表社區(qū)做出用水相關(guān)決定的井管理委員會(huì)中，女性委員占比應(yīng)高于男性。

Gason表示：“有段時(shí)間，F(xiàn)ields of Life想弄清楚烏干達(dá)鉆井的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，后來(lái)發(fā)現(xiàn)水井破損給社區(qū)帶來(lái)的打擊是致命的，我們想盡己所能避免這種情況發(fā)生。另外，通過(guò)智能水源項(xiàng)目，我們得以讓捐款去向透明化，并讓捐款人士知曉水井運(yùn)轉(zhuǎn)良好。”

充分利用現(xiàn)有技術(shù)

從第一天起，Ray的愿景就是找到一種重新利用現(xiàn)有技術(shù)的方式，以完成測(cè)量水流這個(gè)看似簡(jiǎn)單的任務(wù)。

例如，手動(dòng)泵依靠泵體中活塞的垂直運(yùn)動(dòng)將水抬升，該裝置內(nèi)出現(xiàn)橫向移動(dòng)是磨損的前兆，意味著即將出現(xiàn)故障。有監(jiān)控的水井或鉆井會(huì)生成與使用情況相關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)信息有助于做出更好的資源管理和維修安排，有望令社區(qū)人員免受水泵故障帶來(lái)的痛苦。

問(wèn)題很容易表述：統(tǒng)計(jì)水泵手柄的沖程次數(shù)，測(cè)算相應(yīng)的出水量，監(jiān)控手柄是否出現(xiàn)橫向運(yùn)動(dòng)，傳輸數(shù)據(jù)，確保工作零功耗，裝置小巧，價(jià)格在可承受的范圍內(nèi)，最重要的是，能永遠(yuǎn)使用下去。

ADI的MEMS加速度計(jì)（ADXL362）是理想之選。

這是一款超低功耗的加速度計(jì)，只有檢測(cè)到水泵動(dòng)作時(shí)才會(huì)激活微控制器。泵頭金屬外罩中的啟動(dòng)裝置上安有一個(gè)小型定制模塊，加速度計(jì)就裝在模塊中，隔絕所有潛在干擾。加速度計(jì)隨水泵工作而進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)，任何橫向移動(dòng)都處于磨損情況監(jiān)控之下。

Ray表示：“萊特肯尼理工學(xué)院的創(chuàng)新合作伙伴研究了不同的水流傳感器，我們從中選用了一種簡(jiǎn)潔的定時(shí)浮動(dòng)裝置。我們考慮了多種無(wú)線連接的方式，并將系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊化，這樣就可根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的完備情況選擇相應(yīng)的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器。”

他繼續(xù)補(bǔ)充：“最初，在烏干達(dá)進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)時(shí)，我們選擇使用Sigfox技術(shù)，這是一種廣泛使用的低功耗、低帶寬的系統(tǒng)，非常適用于苛刻的條件（或者說(shuō)我們當(dāng)時(shí)是這么認(rèn)為的！）。所有的設(shè)計(jì)決策都以堅(jiān)固耐用、低功耗、免維修為主要指導(dǎo)原則。”

“我知道LyIT的發(fā)展團(tuán)隊(duì)若想明確從哪里著手，就需要先拿到一個(gè)手動(dòng)泵，因此我與Fields of Life安排了兩個(gè)泵，發(fā)往愛(ài)爾蘭……類似的泵不久前才在這里變得普遍。首席研究員Martin Bradley和他的團(tuán)隊(duì)由此可以充分理解該裝置的物理限制。”

接下來(lái)幾個(gè)月的時(shí)間里，許多想法從無(wú)到有、經(jīng)過(guò)評(píng)估，智能水源的設(shè)計(jì)也隨之進(jìn)行了一系列靈活修改。例如，庫(kù)米地區(qū)的水井使用者請(qǐng)求安裝防竊開(kāi)關(guān)。

之所以納入這項(xiàng)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，是為了防止一口好井的部件被偷走，用于維修另一處的壞井。明白了這一點(diǎn)后，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)冰箱燈的開(kāi)關(guān)極適合用作防竊開(kāi)關(guān)。

初步發(fā)展，未來(lái)可期

截止至撰稿日期，烏干達(dá)庫(kù)米區(qū)的東部區(qū)域已打好12口井，并安裝了帶有智能水源監(jiān)控器的手動(dòng)泵。

ADI使用MEMS XL加速度計(jì)和電源管理組件設(shè)計(jì)出解決方案，生成Fields of Life所需的數(shù)據(jù)，打造出的實(shí)地水泵原型得到了社區(qū)代表的一致好評(píng)。Ray強(qiáng)調(diào)：“ADI并非第一家嘗試用傳感器為非洲次大陸解決問(wèn)題的公司，但深入思考問(wèn)題、與當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)密切合作是非常必要的。”

Fields of Life的Gason表示：“人們對(duì)這些設(shè)想和這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)有了初步的認(rèn)識(shí)和了解，特別是無(wú)線電波和無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)知識(shí)。當(dāng)大家看到這個(gè)系統(tǒng)是多么小巧精細(xì)且容易操作之后，接連發(fā)出贊嘆。一個(gè)小小的設(shè)備就可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)，我覺(jué)得人們要在腦海中接受這件事比較困難，但是，看到區(qū)域水資源單位員工出現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)，在屏幕上點(diǎn)擊不同的村莊，查看數(shù)據(jù)生成，并對(duì)數(shù)據(jù)加以解釋……真是倍感自豪。”

重要的是，愛(ài)爾蘭的公司多方合作伙伴內(nèi)部一直保持穩(wěn)健的合作，而Ray最初的愿景被認(rèn)為是項(xiàng)目得以啟動(dòng)的原因之一。

誠(chéng)然，隨著項(xiàng)目繼續(xù)推進(jìn)，仍有一些因素需要作出調(diào)整，但是為了讓物聯(lián)網(wǎng)走進(jìn)農(nóng)村社區(qū)，付出這些努力十分值得。這些設(shè)備不斷將有價(jià)值的數(shù)據(jù)傳輸給我們的合作伙伴，其中大量信息集中在水流、高峰期和橫向移動(dòng)方面。橫向移動(dòng)的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)于評(píng)估磨損尤為有用，當(dāng)?shù)厮Y源部門可采取省時(shí)省錢的預(yù)防性維護(hù)措施。

女性長(zhǎng)期承擔(dān)的取水角色，如今可由相對(duì)簡(jiǎn)單的技術(shù)代勞，也是一項(xiàng)重要福利。

正如我們強(qiáng)調(diào)的，ADI長(zhǎng)期承擔(dān)企業(yè)社會(huì)責(zé)任，并致力于可持續(xù)創(chuàng)新。烏干達(dá)的智能水源項(xiàng)目仍處于早期階段，但Ray相信此技術(shù)不僅會(huì)顯著改善目前的這些社區(qū)，還會(huì)深刻影響該區(qū)域的其他社區(qū)。

Ray說(shuō)：“數(shù)十年來(lái)，ADI的MEMS傳感器已經(jīng)挽救了許多駕乘人員的生命，如今看到這項(xiàng)技術(shù)又為偏遠(yuǎn)農(nóng)村社區(qū)帶來(lái)不會(huì)傳播疾病的清潔水源，我為此倍感自豪。并且做大事離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)合作，我們就是一個(gè)由ADI發(fā)起，政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和非政府組織都踴躍參與其中的出色團(tuán)隊(duì)。”

ADXL362主要特性

運(yùn)動(dòng)激活的可調(diào)閾值休眠/喚醒模式

自主中斷處理，無(wú)需微控制器干預(yù)，系統(tǒng)其余部分可以完全關(guān)斷

深度嵌入式FIFO最大程度地減輕主機(jī)處理器負(fù)荷

喚醒狀態(tài)輸出支持實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)激活開(kāi)關(guān)

超低功耗，可采用紐扣電池供電

高分辨率：1 mg/LSB

醫(yī)療植入式衍生選項(xiàng)

內(nèi)置系統(tǒng)級(jí)節(jié)能功能包括：

噪聲低至175 μg/√Hz

寬電源和I/O電壓范圍：1.6 V至3.5 V

通過(guò)外部觸發(fā)器進(jìn)行加速度采樣同步

片內(nèi)溫度傳感器

SPI數(shù)字接口

可通過(guò)SPI命令選擇測(cè)量范圍

小尺寸、薄型(3 mm × 3.25 mm × 1.06 mm)封裝