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

Minimalizacja zużycia energii w sieciach sensorowych IoT - cz. 2

Minimalizacja zużycia energii przez układy elektroniczne jest ważnym krokiem do optymalizacji sieci czujników.

Z drugiej strony tworzone oprogramowanie dla sieci czujników również musi być tak samo wydajne oraz dodatkowo uwzględniać ograniczenia użytych elementów w systemie. Dlatego tak ważna staje się jego optymalizacja. Optymalizacja oprogramowania Programiści posiadają wiele sposobów, które mogą wykorzystać w celu zminimalizowania czasu wybudzania systemu oraz utrzymania systemu w trybie niskiego poboru mocy tak długo, jak to jest możliwe. Do głównych sposobów zaliczyć można:
  • Używanie timerów o niskim poborze mocy do wybudzania systemu
  • Pisanie oprogramowania do sterowania zdarzeniami
  • Korzystanie z najniższych trybów zasilania energią
  • Wykorzystanie kontrolera DMA
  • Niezależne peryferia
Wykorzystując wspomniane możliwości programiści mogą stworzyć wydajne i energooszczędne oprogramowanie. Nie będą jednak w stanie stwierdzić, które z napisanych funkcji lub peryferii powodują największe zużycie energii w mikrokontrolerze. Sytuację tę można zmienić poprzez użycie monitora zasilania szwedzkiej firmy IAR Systems - I-Scope. Narzędzie to podczas działania programu dokonuje pomiaru napięcia i prądu zasilania mikrokontrolera z częstotliwością próbkowania do 200kHz. Pozwala w czasie rzeczywistym na wizualizację zużycia energii wraz z aktywnością przerwań i wybranych wartości zmiennych na wspólnym harmonogramie, tworząc wykres zużycia energii. Powstały wykres ilustruje graficznie korelację zdarzeń oraz zużycia energii, co znacząco ułatwia analizę zużycia energii, również wtedy, gdy sam system jest bardzo skomplikowany. Technologia ta jest dostępna tylko dla rdzeni ARM Cortex i działa jedynie w połączeniu z narzędziem I-Jet do debugowania mikrokontrolerów. Po zidentyfikowaniu czynnika, który powoduje nadmierne zużycie energii, programista ma do dyspozycji kilka sposobów w celu optymalizacji kodu:
  • Zwiększenie poziomu optymalizacji procedury
  • Optymalizację pod kątem szybkości realizacji, zamiast zmiany rozmiaru kodu
  • Ponowne napisanie kodu
Systemy zbierania i odzysku energii Sieci czujników w wielu przypadkach są i będą wystawione na działanie zewnętrznych źródeł energii w postaci światła, różnic temperatur, ciśnienia czy drgań. Inżynierowie nowoczesnych systemów mogą skorzystać z tych pobliskich źródeł energii, w celu uzyskania dodatkowego źródła zasilania lub po to żeby naładować wbudowane akumulatory. Przykładem takiego rozwiązania jest układ SPV1040 produkowany przez firmę STMicroelectronics. SPV1040 jest ładowarką akumulatorów współpracującą z ogniwami fotowoltaicznymi. Układ to monolityczna, niskonapięciowa przetwornica step-up z zakresem napięcia wejściowego od 0,3V do 5,5V. Pozwala na zwiększenie energii generowanej nawet przez jedno ogniwo słoneczne, tam gdzie istnieje potrzeba magazynowania niskich napięć wejściowych. Dzięki zastosowaniu algorytmu MPPT (Maximum Power Point Tracking), nawet w bardzo zmiennych i trudnych warunkach środowiskowych, takich jak mocne oświetlenie, zanieczyszczenie, skoki temperatur, SPV1040 oferuje maksymalną wydajność (do 95%) pod względem otrzymanej mocy z ogniw i transfer jej do urządzenia odbiorczego. Możliwe jest uzyskanie maksymalnego prądu ładowania nawet do 1,8A. Dodatkową zaletą układu SPV1040 jest wbudowana ochrona przed odwrotną polaryzacją źródła sygnału wejściowego, która zapobiega uszkodzeniu panelu słonecznego w przypadku jego odwrotnego podłączenia. Stworzony przez STMicroelectronics zestaw ewaluacyjny STEVAL-ISV006V2 umożliwia projektantom przetestować układ SPV1040 razem z dostarczonym panelem słonecznym o szczytowej mocy wyjściowej 200mW. SPV1040 poradzi sobie z obsługą ogniw o mocy nawet 5W, w ten sposób pozwalając projektantom na zmianę i użycie innego panelu, który będzie dostarczał dużo więcej prądu. Zestaw zawiera również wbudowany super kondensator, który może być używany do zasilania urządzenia bez baterii. W projekcie przewidziano również możliwość łatwej zmiany super kondensatora na inny akumulator. Powstające nowe zastosowania dla czujników spowodują, że najnowocześniejsze sieci czujników nie będą wykorzystywały baterii jako źródła zasilania, lecz korzystały z technologii zbierania energii do zasilania swoich urządzeń. Układy SPV1040 mogą być użyte jedynie w zastosowaniach, gdzie urządzenie ma dostęp do dużej ilości światła. W innym przypadku konieczne jest pozyskanie energii z innych źródeł. Powstające układy wytwarzające energie elektryczną korzystają z jej konwersji, np. energii drgań i wibracji, występujących różnic temperaturowych, czy otaczających nas pól elektromagnetycznych (RF). Przykładem rozwiązania dla aplikacji, która posiada źródło energii kinetycznej takie jak wibracje, jest układ LTC3588-1 od Linear Technology. Oparto na nim zestaw ewaluacyjny DC1459B-A do zbierania energii, który wykorzystuje efekt piezoelektryczny. LTC3588-1 jest układem o dużej wydajności, prądzie wyjściowym do 100mA oraz pozwala projektantom na wybór napięcia wyjściowego z zakresu: 1.8V, 2.5V, 3.3V lub 3.6V. Podane napięcia umożliwiają obniżenie napięcia pracy systemu a tym samym optymalizację zużycia energii. Optymalizacja zużycia energii sieci czujników jest zadaniem trudnym, w którym należy rozpatrzeć wiele czynników. Począwszy od doboru odpowiednich elementów sprzętowych, a skończywszy na napisaniu efektywnego oprogramowania, które optymalnie ureguluje ogólne zużycie energii systemu. Celem jest przedłużenie wykorzystania zastosowanych baterii. W świecie urządzeń mobilnych wykorzystanie baterii wzrasta lawinowo. Stosowane ogniwa nie są jednak wolne od wad. Mała odporność temperaturowa, krótkie czasy przechowywania i straty energii w czasie to tylko niektóre z nich. Patrząc w przyszłość, wydaje się, że najbardziej optymalnym rozwiązaniem dla sieci czujników i innych aplikacji mobilnych będzie pozyskanie energii z otoczenia. Systemy zbierania energii spowodują, że czujniki będą dostarczać nieprzerwanie dane z IoT, przy znikomym zaangażowaniu lub nawet braku zewnętrznej obsługi. Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © DigiKey
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
May 14 2019 20:21 V13.3.8-2