© Pixabay
Technologie |
Minimalizacja zużycia energii w sieciach sensorowych IoT - cz. 1
Projektanci takiej infrastruktury IoT napotykają na jeden zasadniczy problem: w jaki sposób zapewnić sieci odpowiednie zasilanie?
Wykorzystanie sieci energetycznej jest często niemożliwe z racji dużego rozproszenia i trudnego umiejscowienia czujników a jeżeli nawet możliwe, to zazwyczaj okazuje się zbyt czasochłonne i kosztowne. Zatem konieczne staje się stosowanie baterii. Trudno jednak wyobrazić sobie wymianę baterii w wielu urządzeniach rozmieszczonych na rozległym terenie jakim jest miasto czy kraj. Z punktu widzenia biznesu taka obsługa urządzeń może być nieopłacalna. W tym momencie kluczowe staje się przedłużenie żywotności baterii albo znalezienie alternatywnego sposobu zasilania.
Istnieje wiele różnych rodzajów czujników, które są włączone do sieci Internetu Przedmiotów: temperatura, wilgotność, ciśnienie, itd. W domu, fabryce, w gospodarstwie, podstawową funkcją sieci czujników jest śledzenie danych środowiskowych, takich jak temperatura i wilgotność, który zmieniają się bardzo powoli. Aby zmaksymalizować żywotność baterii, czujnik zazwyczaj spędza większość swojego czasu w trybie niskiego poboru energii "uśpienia" i wzbudza się okresowo, zgodnie z ustalonym harmonogramem. W okresie pracy, czujnik gromadzi dane i przesyła je bezprzewodowo do centralnego huba. Potem wraca do snu, aż do chwili kiedy nadszedł czas na kolejny pomiar.
Zastanówmy się zatem jak analizować zużycie energii przez czujniki, jak zoptymalizować elementy i oprogramowanie, i jak to wszystko połączyć z najnowszymi technologiami pozyskiwania energii.
Profil zasilania
Najważniejszą cechą jaką projektanci urządzeń muszą sprawdzić i zoptymalizować jest profil zasilania dla ich produktów. Profil zasilania składa się z:
- dynamicznego zużycia energii: urządzenie jest wzbudzone i pracuje,
- statycznego zużycia energii: urządzenie jest w stanie uśpienia i nie wykonuję żadnej operacji.
- optymalizacja sprzętowa zasilania,
- optymalizacja programowa zasilania,
- systemy zbierania energii.
- mikrokontrolery,
- interfejsy komunikacji bezprzewodowej,
- czujniki i różne układy scalone,
- regulatory napięcia,
- układy pamięci.
- określić i możliwie zminimalizować liczbę wejść/wyjść,
- określić i możliwie zminimalizować liczbę urządzeń peryferyjnych,
- wybrać architekturę Cortex-M0+ lub bardzo podobną,
- sprawdzić czy wbudowano timer o niskim poborze prądu,
- upewnić się, że wbudowano kontroler bezpośredniego dostępu do pamięci DMA.
- należy unikać kondensatorów aluminiowych, ze względu na ich wysokie wartości prądu upływu,
- prąd upływu może być zmniejszony poprzez zwiększenie wartości napięcia na kondensatorze,
- minimalizacji pojemności zbiorczej na wyjściach regulatora napięcia,
- minimalizacja liczby kondensatorów, ze względu na sumowanie się prądów upływu,
- użyć możliwie największej wartości rezystorów podciągających w celu zminimalizowania prądu upływu,
- unikać dzielników napięcia,
- minimalizacja częstotliwości przełączania w regulatorach.