科技向善：一颗传感器如何改善乌干达人民的生活质量？
品慧电子讯科技的应用产生了源源不断的数据流，对于多数人而言，这已然是互联互通社会的常态。如今，口袋里的“计算机”无处不在，各个触点都能产生信息，普通人已经习惯了0和1组成的数据被传送至线上收集点。
但在世界上的某些地区，这样的观念尚未普及：仍有几亿人生活在数据可有可无的环境中。也许他们并不觉得自己“与世隔绝”，因为居于数据访问受限的社区中，可能意识不到所谓的“智能”技术会给生活带来怎样的改变。更重要的是，他们可能不曾意识到，只要为共用的资源安装一个简单的传感器，就能让所在社区发生翻天覆地的变化。
ADI对企业社会责任的承诺
ADI对于企业社会责任的承诺不仅根植于公司的基因之中，还不断向外延伸，通过激发员工的意愿，发挥员工的经验和特长，积极参与到可持续方案的实践中。例如，2019企业责任报告《科技向善》就展现了公司已完成的使命及未来希望达成的愿景。
ADI作为互联社会公认的领军企业，愿意为一些已发现的问题提供创新有效的解决方案，继续承担更多的社会责任。近期， ADI与多方合作伙伴共同将“智能水源”（Smart Water）项目引入乌干达农村社区。
ADI数字医疗事业部生物传感器技术总监Ray Speer表示，此类社会公益项目会带来多重积极影响。Ray说道：“回想2013年，我当时刚好有些空余时间，想通过某种方式带来一些改变。我志愿参与了一项前往非洲了解情况的任务，在那里，我亲眼见到可靠、可获取的清洁水源对农村社区而言有多么重要。每当引水进村时，村民都会大肆庆祝一番，但倘若水井枯竭或者水泵出现故障，村民们就只能收集有各种安全隐患的地表水。”
在非洲，取水从来是“女性的工作”。这通常意味着妇女和年轻女孩不得不长途跋涉，在方形油桶里接满水，再运回家。在他们看来，取水比上学更重要（如果有学可上的话），所以女孩们经常无法接受教育。另外，独自一人取水还伴随着种种危险。换言之，如果非洲农村社区能凿一口井，生活质量就会显著提高。
发现问题，寻找解决方案
在东非，社区共用的手动泵抽水井已经非常普遍。爱尔兰非政府组织Fields of Life曾挖过一些优质水井，井深为40米到100米，以确保与水层相交，低水位地区还需要挖得更深。这些水泵总体性能可靠，但在长时间连续使用后，不可避免地会出现组件磨损，需要维护和保养。
一旦水井无法使用，当地社区就会立即回到寻水取水的传统模式，并被迫承受随之而来的各种危险。Ray注意到，在寻找必要的维修资源和商定付款期间，一口井几个月都不能使用的情况并不少见。
他表示，智能水源项目计划为这些偏远的水井安装无线监控，实行合理的资源管理、水泵实时监控和定期维护，从而避免故障发生。同样的问题在非洲各个农村不断上演，如果能有可推广的解决方案，将有助实现联合国可持续发展目标第6.1条：“到2030年以前，人人都可享有安全、可负担的饮用水。”
Ray从非洲回来后，曾与上文提及的Fields of Life发展与募资部负责人Alex Gason进行过交流。该组织已在东非开展了20多年的工作，Gason深知取水和水供应中断问题长期困扰着当地人民的生活。
他们用一杯咖啡的时间探讨了这些难题，也谈起了智能水源项目诞生的缘由。显然，落实这一宏伟项目不仅需要协作，还需要更多的在非实地考察。
协作与伙伴精神
Ray表示：“已故的时任首席技术官Peter Real曾坚定支持这一（智能水源）想法，他呼吁要建立相互协作的伙伴关系。”在公司内部取得支持后，下一步行动是找到合适的伙伴。
2018年末，ADI在利默里克的欧洲研发中心主办了一场信息分享大会，当地学术界、工业界人士以及ADI员工均踊跃参与。
附近香农区的电子系统设计与生产公司CW Applied Technology的首席执行官John O’Connell率先表示将鼎力支持。知名的工程咨询公司奥雅纳（Arup）也对项目愿景表示赞同，更重要的是，奥雅纳为现场试验安装提供了水文学方面的专业知识和在非人员协助。
2019年初，ADI、莱特肯尼理工学院无线传感器与应用研究（WiSAR）实验室（Ray是其董事会成员）、CW Applied Technology、爱尔兰电信提供商VT、奥雅纳以及乌干达库米（Kumi）地方政府共同达成了创新合作伙伴关系。
所有利益相关方、用水户、水井委员会、区域水资源办公室和当地政府员工都参与到项目中，这一点尤为重要。
通常每400口钻井中，区域水资源部门的预算仅能支持约15口井的维修费用，因此这些部门很快就体会到了智能水源项目带来的益处。而这很大程度上要归功于Fields of Life和奥雅纳在乌干达的工作人员，他们不辞辛劳地向社区代表解释概念、安抚群众恐惧心理并倾听诉求。期间，Fields of Life提出一项要求：代表社区做出用水相关决定的井管理委员会中，女性委员占比应高于男性。
Gason表示：“有段时间，Fields of Life想弄清楚乌干达钻井的运转情况，后来发现水井破损给社区带来的打击是致命的，我们想尽己所能避免这种情况发生。另外，通过智能水源项目，我们得以让捐款去向透明化，并让捐款人士知晓水井运转良好。”
充分利用现有技术
从第一天起，Ray的愿景就是找到一种重新利用现有技术的方式，以完成测量水流这个看似简单的任务。
例如，手动泵依靠泵体中活塞的垂直运动将水抬升，该装置内出现横向移动是磨损的前兆，意味着即将出现故障。有监控的水井或钻井会生成与使用情况相关的数据，这些数据信息有助于做出更好的资源管理和维修安排，有望令社区人员免受水泵故障带来的痛苦。
问题很容易表述：统计水泵手柄的冲程次数，测算相应的出水量，监控手柄是否出现横向运动，传输数据，确保工作零功耗，装置小巧，价格在可承受的范围内，最重要的是，能永远使用下去。
ADI的MEMS加速度计（ADXL362）是理想之选。
这是一款超低功耗的加速度计，只有检测到水泵动作时才会激活微控制器。泵头金属外罩中的启动装置上安有一个小型定制模块，加速度计就装在模块中，隔绝所有潜在干扰。加速度计随水泵工作而进行垂直运动，任何横向移动都处于磨损情况监控之下。
Ray表示：“莱特肯尼理工学院的创新合作伙伴研究了不同的水流传感器，我们从中选用了一种简洁的定时浮动装置。我们考虑了多种无线连接的方式，并将系统设计模块化，这样就可根据基础设施的完备情况选择相应的无线调制解调器。”
他继续补充：“最初，在乌干达进行实地试验时，我们选择使用Sigfox技术，这是一种广泛使用的低功耗、低带宽的系统，非常适用于苛刻的条件（或者说我们当时是这么认为的！）。所有的设计决策都以坚固耐用、低功耗、免维修为主要指导原则。”
“我知道LyIT的发展团队若想明确从哪里着手，就需要先拿到一个手动泵，因此我与Fields of Life安排了两个泵，发往爱尔兰……类似的泵不久前才在这里变得普遍。首席研究员Martin Bradley和他的团队由此可以充分理解该装置的物理限制。”
接下来几个月的时间里，许多想法从无到有、经过评估，智能水源的设计也随之进行了一系列灵活修改。例如，库米地区的水井使用者请求安装防窃开关。
之所以纳入这项简单的设计，是为了防止一口好井的部件被偷走，用于维修另一处的坏井。明白了这一点后，团队发现冰箱灯的开关极适合用作防窃开关。
初步发展，未来可期
截止至撰稿日期，乌干达库米区的东部区域已打好12口井，并安装了带有智能水源监控器的手动泵。
ADI使用MEMS XL加速度计和电源管理组件设计出解决方案，生成Fields of Life所需的数据，打造出的实地水泵原型得到了社区代表的一致好评。Ray强调：“ADI并非第一家尝试用传感器为非洲次大陆解决问题的公司，但深入思考问题、与当地社区密切合作是非常必要的。”
Fields of Life的Gason表示：“人们对这些设想和这个系统已经有了初步的认识和了解，特别是无线电波和无线电数据传输的相关知识。当大家看到这个系统是多么小巧精细且容易操作之后，接连发出赞叹。一个小小的设备就可以产生数据，我觉得人们要在脑海中接受这件事比较困难，但是，看到区域水资源单位员工出现在现场，在屏幕上点击不同的村庄，查看数据生成，并对数据加以解释……真是倍感自豪。”
重要的是，爱尔兰的公司多方合作伙伴内部一直保持稳健的合作，而Ray最初的愿景被认为是项目得以启动的原因之一。
诚然，随着项目继续推进，仍有一些因素需要作出调整，但是为了让物联网走进农村社区，付出这些努力十分值得。这些设备不断将有价值的数据传输给我们的合作伙伴，其中大量信息集中在水流、高峰期和横向移动方面。横向移动的相关数据对于评估磨损尤为有用，当地水资源部门可采取省时省钱的预防性维护措施。
女性长期承担的取水角色，如今可由相对简单的技术代劳，也是一项重要福利。
正如我们强调的，ADI长期承担企业社会责任，并致力于可持续创新。乌干达的智能水源项目仍处于早期阶段，但Ray相信此技术不仅会显著改善目前的这些社区，还会深刻影响该区域的其他社区。
Ray说：“数十年来，ADI的MEMS传感器已经挽救了许多驾乘人员的生命，如今看到这项技术又为偏远农村社区带来不会传播疾病的清洁水源，我为此倍感自豪。并且做大事离不开团队合作，我们就是一个由ADI发起，政府、学术界、工业界和非政府组织都踊跃参与其中的出色团队。”
（来源：亚德诺半导体）
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