Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Pozyskiwanie energii z otoczenia może przyczynić się do ulepszenia urządzeń IoT

ghost666 24 Oct 2021 13:18 399 2
Optex
  • Pozyskiwanie energii z otoczenia może przyczynić się do ulepszenia urządzeń IoT
    Życie inteligentnie jest kluczowym aspektem, jeśli chcemy poprawić jego jakość i zapewnić długoterminowy zrównoważony rozwój. Dlatego biznes zmierza w kierunku cyfrowej transformacji, a projekty IoT robią się coraz popularniejsze. Najpopularniejszymi punktami końcowymi IoT są czujniki lub, rzadziej, siłowniki, które są połączone bezprzewodowo z urządzeniem agregującym dane lub bramą internetową.

    W kontekstach, takich jak inteligentne miasto, inteligentny przemysł lub inteligentne rolnictwo, sensory są zwykle wdrażane w dużej liczbie i na dużym obszarze geograficznym. Konserwacja w terenie, która obejmuje wymianę zużytych baterii, jest procesem kosztownym, a rozładowane baterie stanowią zawsze duży problem środowiskowy. Podczas procesu projektowania punktów końcowych inżynierowie mogą uniknąć konieczności wymiany baterii, zapewniając systemom wystarczającą ilość energii, aby przetrwać oczekiwaną żywotność urządzenia.

    Jeśli zgromadzona energia nie spełnia wymagań systemu, dobrym rozwiązaniem może być wymiana ogniwa na większe. Inną alternatywą jest przeprojektowanie obwodów w celu zmniejszenia całkowitego zużycia energii w systemie poniżej dostępnej pamięci komórkowej. Możliwe, że jedna lub obie strategie lub ich kombinacja nie przyniosą pożądanego rezultatu. W takiej sytuacji warto rozważyć sięgnięcie po systemy do zbierania energii z otoczenia. Pozwalają one na zbieranie potencjalnie nieskończonych zasobów energii o wydajności mikro- i miliwatów. W zależności od zastosowania i dostępnej energii otoczenia może to uzupełnić lub zastąpić ogniwo pierwotne.

    Wymagane jest odpowiednie źródło energii otoczenia, zdolne do zaspokojenia potrzeb aplikacji. Spośród różnych podsystemów punktu końcowego IoT radio ma największe zapotrzebowanie na energię. Pouczające może być przeanalizowanie wymagań w tym miejscu, aby zaprojektować i zintegrować z nim system pozyskiwania energii.

    Pobór mocy podsystemu radiowego

    Wybór najbardziej odpowiedniej technologii bezprzewodowej w celu zapewnienia wymaganej szybkości transmisji danych i zasięgu komunikacji przy możliwie najniższym zużyciu energii ma kluczowe znaczenie.

    Jeśli czujnik ma być umieszczony w niewielkiej odległości od agregatora lub bramy, takiej jak koncentrator lub router podłączony do Internetu lub lokalna centralka telekomunikacyjna, odpowiednia może być technologia, taka jak Bluetooth, Zigbee lub Wi-Fi, w zależności od wymaganej szybkości transmisji danych, a także zakresu kosztów. W innych przypadkach, na przykład gdy punkty końcowe są rozmieszczone na dużym obszarze geograficznym, może być potrzebne połączenie LPWAN lub komórkowe.


    Pozyskiwanie energii z otoczenia może przyczynić się do ulepszenia urządzeń IoT


    Aby w pełni zrozumieć wpływ na całkowite zapotrzebowanie systemu na energię, konieczne jest również uwzględnienie cyklu pracy. Aplikacje takie jak inteligentne liczniki mediów wymagają wysyłania małych pakietów danych kilka razy dziennie lub co kilka dni. Inne, takie jak kamery bezpieczeństwa, mogą wymagać częstego lub ciągłego wysyłania dużych ilości danych. W zależności od aplikacji, cykl pracy może zostać skrócony przez filtrowanie danych lokalnie; kamera może być wyposażona w czujnik ruchu, aby rozpocząć nagrywanie tylko po wykryciu aktywności, lub wbudowane algorytm może odrzucić nieciekawe dane. Oczywiście energię potrzebną do filtrowania danych należy porównać z energią zaoszczędzoną dzięki skróceniu cyklu pracy.

    Źródła energii otoczenia

    Główne technologie pozyskiwania energii z otoczenia, odpowiednie do zasilania tych systemów, to ogniwa słoneczne, przetworniki piezoelektryczne lub elektrostatyczne aktywowane wibracjami oraz urządzenia Peltiera, które przekształcają gradient temperatury w siłę elektromotoryczną (EMF). Źródła energii RF przechwycone przez anteny wydają się być nieodpowiednie dla wszystkich, z wyjątkiem najbardziej oszczędnych aplikacji IoT. Tabela poniżej porównuje typowe gęstości energii związane z tymi technologiami. Korzystając z tych informacji, można wybrać technologię i rozpocząć opracowywanie specyfikacji, oceniając rozmiary i wydajność dostępnych komponentów.

    Pozyskiwanie energii z otoczenia może przyczynić się do ulepszenia urządzeń IoT


    Ogniwa słoneczne o powierzchni 35..40 cm? mogą generować około 0,5 W przy założeniu wydajności około 20%. Są one dostępne za mniej niż 1 dolara za sztukę. Zbieracze piezoelektryczne są zazwyczaj co najmniej o rząd wielkości droższe i wytwarzają mniej energii. Wiadomo jednak, że ogniwa słoneczne są mniej wydajne, gdy są używane w pomieszczeniach. Jednak niektóre ostatnio wprowadzone ogniwa słoneczne, podobno zapewniają wystarczającą moc wyjściową dla modułu radiowego o małej mocy, nawet pracując w pomieszczeniach.

    Łącząc wszystko razem

    Wykorzystując postępy w zakresie zbieranie energii można stworzyć rozwiązanie mające na celu ograniczenie lub wyeliminowanie baterii w systemach IoT. Ponieważ same źródła energii są często niestabilne, gdy urządzenie IoT musi przesyłać lub odbierać dane, zwykle potrzebny jest bufor lub urządzenie magazynujące energię. Może to być akumulator lub kondensator (lub superkondensator).

    Układ scalony zarządzania energią do zbierania energii jest potrzebny do obsługi energii z podsystemu zbierania, zarządzania ładunkiem dostarczanym do bufora energii i zasilania obciążenia w razie potrzeby, jak pokazano na rysunku poniżej. Różne technologie pozyskiwania energii mają różne charakterystyki elektryczne. Zbieracze termoelektryczne wytwarzają ciągły prąd stały o niskim napięciu, a więc mają niską impedancję. Chociaż ogniwa słoneczne wytwarzają również niskie napięcie prądu stałego, i mają niską impedancję, ale zmienia się ona wraz z natężeniem światła.


    Pozyskiwanie energii z otoczenia może przyczynić się do ulepszenia urządzeń IoT


    Źródło: https://www.eeweb.com/energy-harvesting-can-contribute-to-improve-edge-iot-devices/

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11187 posts with rating 9452, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Optex
  • #2
    Jogesh
    Level 28  
    "Życie inteligentnie jest kluczowym aspektem, jeśli chcemy poprawić jego jakość i zapewnić długoterminowy zrównoważony rozwój."
    Co autor miał na myśli? Bo mi to wygląda na jakiś chory bełkot. Ale może nie kumam nowomowy więc może ktoś będzie łaskaw wyjaśnić?
    Czy życie inteligentne jest aspektem do poprawy życia? Co chcemy aby się długoterminowo i w sposób zrównoważony rozwijało? Życie, czy może coś innego? Jak możemy poprawić życie, które jest aspektem... ale czego?

    "Dlatego biznes zmierza w kierunku cyfrowej transformacji, a projekty IoT robią się coraz popularniejsze" Skąd nagle wskoczył biznes, kiedy mówimy o jakości i rozwoju? Czy z tego powodu biznes zamierza coś cyfrowo transformować?
  • #3
    Zwolaki
    Level 12  
    Strach pomyśleć co będzie, gdy w tym "inteligentnym" mieście, jakiś sędzia, lub urzędnik z UE zamknie w pobliżu elektrownie, albo stacje trafo bo buczy.
    Bełkot, poprawność polityczna.