reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Pixabay Technologie | 21 lutego 2017

Minimalizacja zu偶ycia energii w sieciach sensorowych IoT - cz. 2

Minimalizacja zu偶ycia energii przez uk艂ady elektroniczne jest wa偶nym krokiem do optymalizacji sieci czujnik贸w.
Z drugiej strony tworzone oprogramowanie dla sieci czujnik贸w r贸wnie偶 musi by膰 tak samo wydajne oraz dodatkowo uwzgl臋dnia膰 ograniczenia u偶ytych element贸w w systemie. Dlatego tak wa偶na staje si臋 jego optymalizacja. Optymalizacja oprogramowania Programi艣ci posiadaj膮 wiele sposob贸w, kt贸re mog膮 wykorzysta膰 w celu zminimalizowania czasu wybudzania systemu oraz utrzymania systemu w trybie niskiego poboru mocy tak d艂ugo, jak to jest mo偶liwe. Do g艂贸wnych sposob贸w zaliczy膰 mo偶na:
  • U偶ywanie timer贸w o niskim poborze mocy do wybudzania systemu
  • Pisanie oprogramowania do sterowania zdarzeniami
  • Korzystanie z najni偶szych tryb贸w zasilania energi膮
  • Wykorzystanie kontrolera DMA
  • Niezale偶ne peryferia
Wykorzystuj膮c wspomniane mo偶liwo艣ci programi艣ci mog膮 stworzy膰 wydajne i energooszcz臋dne oprogramowanie. Nie b臋d膮 jednak w stanie stwierdzi膰, kt贸re z napisanych funkcji lub peryferii powoduj膮 najwi臋ksze zu偶ycie energii w mikrokontrolerze. Sytuacj臋 t臋 mo偶na zmieni膰 poprzez u偶ycie monitora zasilania szwedzkiej firmy IAR Systems - I-Scope. Narz臋dzie to podczas dzia艂ania programu dokonuje pomiaru napi臋cia i pr膮du zasilania mikrokontrolera z cz臋stotliwo艣ci膮 pr贸bkowania do 200kHz. Pozwala w czasie rzeczywistym na wizualizacj臋 zu偶ycia energii wraz z aktywno艣ci膮 przerwa艅 i wybranych warto艣ci zmiennych na wsp贸lnym harmonogramie, tworz膮c wykres zu偶ycia energii. Powsta艂y wykres ilustruje graficznie korelacj臋 zdarze艅 oraz zu偶ycia energii, co znacz膮co u艂atwia analiz臋 zu偶ycia energii, r贸wnie偶 wtedy, gdy sam system jest bardzo skomplikowany. Technologia ta jest dost臋pna tylko dla rdzeni ARM Cortex i dzia艂a jedynie w po艂膮czeniu z narz臋dziem I-Jet do debugowania mikrokontroler贸w. Po zidentyfikowaniu czynnika, kt贸ry powoduje nadmierne zu偶ycie energii, programista ma do dyspozycji kilka sposob贸w w celu optymalizacji kodu:
  • Zwi臋kszenie poziomu optymalizacji procedury
  • Optymalizacj臋 pod k膮tem szybko艣ci realizacji, zamiast zmiany rozmiaru kodu
  • Ponowne napisanie kodu
Systemy zbierania i odzysku energii Sieci czujnik贸w w wielu przypadkach s膮 i b臋d膮 wystawione na dzia艂anie zewn臋trznych 藕r贸de艂 energii w postaci 艣wiat艂a, r贸偶nic temperatur, ci艣nienia czy drga艅. In偶ynierowie nowoczesnych system贸w mog膮 skorzysta膰 z tych pobliskich 藕r贸de艂 energii, w celu uzyskania dodatkowego 藕r贸d艂a zasilania lub po to 偶eby na艂adowa膰 wbudowane akumulatory. Przyk艂adem takiego rozwi膮zania jest uk艂ad SPV1040 produkowany przez firm臋 STMicroelectronics. SPV1040 jest 艂adowark膮 akumulator贸w wsp贸艂pracuj膮c膮 z ogniwami fotowoltaicznymi. Uk艂ad to monolityczna, niskonapi臋ciowa przetwornica step-up z zakresem napi臋cia wej艣ciowego od 0,3V do 5,5V. Pozwala na zwi臋kszenie energii generowanej nawet przez jedno ogniwo s艂oneczne, tam gdzie istnieje potrzeba magazynowania niskich napi臋膰 wej艣ciowych. Dzi臋ki zastosowaniu algorytmu MPPT (Maximum Power Point Tracking), nawet w bardzo zmiennych i trudnych warunkach 艣rodowiskowych, takich jak mocne o艣wietlenie, zanieczyszczenie, skoki temperatur, SPV1040 oferuje maksymaln膮 wydajno艣膰 (do 95%) pod wzgl臋dem otrzymanej mocy z ogniw i transfer jej do urz膮dzenia odbiorczego. Mo偶liwe jest uzyskanie maksymalnego pr膮du 艂adowania nawet do 1,8A. Dodatkow膮 zalet膮 uk艂adu SPV1040 jest wbudowana ochrona przed odwrotn膮 polaryzacj膮 藕r贸d艂a sygna艂u wej艣ciowego, kt贸ra zapobiega uszkodzeniu panelu s艂onecznego w przypadku jego odwrotnego pod艂膮czenia. Stworzony przez STMicroelectronics zestaw ewaluacyjny STEVAL-ISV006V2 umo偶liwia projektantom przetestowa膰 uk艂ad SPV1040 razem z dostarczonym panelem s艂onecznym o szczytowej mocy wyj艣ciowej 200mW. SPV1040 poradzi sobie z obs艂ug膮 ogniw o mocy nawet 5W, w ten spos贸b pozwalaj膮c projektantom na zmian臋 i u偶ycie innego panelu, kt贸ry b臋dzie dostarcza艂 du偶o wi臋cej pr膮du. Zestaw zawiera r贸wnie偶 wbudowany super kondensator, kt贸ry mo偶e by膰 u偶ywany do zasilania urz膮dzenia bez baterii. W projekcie przewidziano r贸wnie偶 mo偶liwo艣膰 艂atwej zmiany super kondensatora na inny akumulator. Powstaj膮ce nowe zastosowania dla czujnik贸w spowoduj膮, 偶e najnowocze艣niejsze sieci czujnik贸w nie b臋d膮 wykorzystywa艂y baterii jako 藕r贸d艂a zasilania, lecz korzysta艂y z technologii zbierania energii do zasilania swoich urz膮dze艅. Uk艂ady SPV1040 mog膮 by膰 u偶yte jedynie w zastosowaniach, gdzie urz膮dzenie ma dost臋p do du偶ej ilo艣ci 艣wiat艂a. W innym przypadku konieczne jest pozyskanie energii z innych 藕r贸de艂. Powstaj膮ce uk艂ady wytwarzaj膮ce energie elektryczn膮 korzystaj膮 z jej konwersji, np. energii drga艅 i wibracji, wyst臋puj膮cych r贸偶nic temperaturowych, czy otaczaj膮cych nas p贸l elektromagnetycznych (RF). Przyk艂adem rozwi膮zania dla aplikacji, kt贸ra posiada 藕r贸d艂o energii kinetycznej takie jak wibracje, jest uk艂ad LTC3588-1 od Linear Technology. Oparto na nim zestaw ewaluacyjny DC1459B-A do zbierania energii, kt贸ry wykorzystuje efekt piezoelektryczny. LTC3588-1 jest uk艂adem o du偶ej wydajno艣ci, pr膮dzie wyj艣ciowym do 100mA oraz pozwala projektantom na wyb贸r napi臋cia wyj艣ciowego z zakresu: 1.8V, 2.5V, 3.3V lub 3.6V. Podane napi臋cia umo偶liwiaj膮 obni偶enie napi臋cia pracy systemu a tym samym optymalizacj臋 zu偶ycia energii. Optymalizacja zu偶ycia energii sieci czujnik贸w jest zadaniem trudnym, w kt贸rym nale偶y rozpatrze膰 wiele czynnik贸w. Pocz膮wszy od doboru odpowiednich element贸w sprz臋towych, a sko艅czywszy na napisaniu efektywnego oprogramowania, kt贸re optymalnie ureguluje og贸lne zu偶ycie energii systemu. Celem jest przed艂u偶enie wykorzystania zastosowanych baterii. W 艣wiecie urz膮dze艅 mobilnych wykorzystanie baterii wzrasta lawinowo. Stosowane ogniwa nie s膮 jednak wolne od wad. Ma艂a odporno艣膰 temperaturowa, kr贸tkie czasy przechowywania i straty energii w czasie to tylko niekt贸re z nich. Patrz膮c w przysz艂o艣膰, wydaje si臋, 偶e najbardziej optymalnym rozwi膮zaniem dla sieci czujnik贸w i innych aplikacji mobilnych b臋dzie pozyskanie energii z otoczenia. Systemy zbierania energii spowoduj膮, 偶e czujniki b臋d膮 dostarcza膰 nieprzerwanie dane z IoT, przy znikomym zaanga偶owaniu lub nawet braku zewn臋trznej obs艂ugi. Artyku艂 opublikowano dzi臋ki uprzejmo艣ci firmy DigiKey
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 15 2019 09:57 V12.1.1-1