הגידול צריך למעקב מרחוק אוטונומי

הביקוש לניטור מרוחק ארוך טווח זינק על פני תעשיות כגון חקלאות מדויקת, ניטור בריאות מבני, מדע סביבתי, ואסון מוקדם אזהרה מוקדמת חיישנים מסורתיים tethered לחשמל מחווט או הדורש החלפת סוללות תקופתית הנוכחית מגבלות משמעותיות: עלויות תחזוקה גבוהות, אתגרים גישה פיזית, וסיכון נמוך יותר של ניטור עצמי של חיישני לחץ עצמי, המסוגלים לקצור אנרגיה יקרה מהסביבתם, לפתור בעיות אלה על ידי הפעלת תחזוקה גבוהה, ללא ניתוח יעיל של אמצעי לחימה, תוך כדי שינוי יעיל, תוך כדי שינוי יעיל של מערכות הגנה עצמית, תוך שימוש בתחנות לחץ דם לטווח ארוך, תוך כדי ניתוח אינטנסיבי, תוך כדי ניתוח אינטנסיבי של מערכות אבטחה, תוך כדי ניתוח אינטנסיבי של מערכות אבטחה, תוך כדי הפעלת לחץ דם, תוך כדי שינוי עצמי, תוך כדי שינוי עצמי, תוך כדי שינוי עצמי, תוך כדי שינוי אינטנסיבי של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי אינטנסיבי של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי אינטנסיבי של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי יעיל של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי עצמי, תוך כדי שינוי אינטנסיבי של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי אינטנסיבי של מערכות אבטחה, תוך כדי שימוש במקרים של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי עצמי של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי עצמי של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי עצמי של מערכות הפעלה של מערכות אבטחה, תוך כדי שינוי אינטנסיביות, תוך כדי

כדי להשיג יעילות עצמית אמיתית, מערכת חיישן IoT חייבת לשלב שלוש תת-מערכות קריטיות: מודול איסוף אנרגיה, מעגל ניהול חשמל יעיל, ואלקטרוניקה אולטרה-עוצמה מחשוב ותקשורת.כל תת-מערכת חייבת להיות תואמת בקפידה לסביבה המיועדת ומחזור החובה.הסעיפים הבאים לחקור את טכנולוגיות הליבה ואת אסטרטגיות עיצוב שהופכות חיישנים מעשי כיום.

טכנולוגיות טכנולוגיות טכנולוגיות לאנרגיה

אנרגיה ממקורות Ambient

קצירת אנרגיה היא אבן הפינה של חיישנים מופעלים על ידי עצמם.מקורות הסביבה הנפוצים ביותר הם סולרי, ⁇ תרמי, רטטים מכניים וקרינת רדיו (RF) הבחירה תלויה בסביבת הפריסה ואת תקציב הכוח הנדרש.

(FLT:0) Solar HarvestingFLT:1 באמצעות תאים פוטו-וולטאיים (PV) היא הגישה הבוגרת והמאומצת ביותר. לוחות סיליקון מונוקריסטלליין מודרניים מציעים יעילות מעל 20%, תאים רזים גמישים (למשל, מ-FLT:2Power SolarFLT 3) יכולים להתאים את פני השטח עבור תאים בתוך או נמוך, אם כי הם פחות מ- 10 עד 50 תאים סולאריים (D) הם פחות ממין (מתאים קלים).

(ה) [ה]:0] גנרטורים הירומאלקטריים (TEGsss)אנדרופולים (TGs) 1:1 להמיר הבדלים בטמפרטורה לאנרגיה חשמלית באמצעות אפקט ה-Seebeck.הם אידיאליים עבור יישומים כגון ניטור מכונות תעשייתיות שבו פני השטח חמים נמצאים, או במסגרות שיקום גיאוגרפיות ופסולת-פסולת של 10 מעלות צלזיוס יכולים להניב 100-500 מיקרו-ומטר /2, מספיק עבור חיישנים נמוכים-דבנים המופעלים ב-אפ:

(FLT:0) ,Piezoelectric קצירת אנרגיה:1 לוכדת רטטים מכניים ממכונות, תנועה אנושית, או תנודות מבניות. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ חשמליים המבוססים על משככי הרגליים יכול לייצר עשרות עד מאות מיקרווואט מרטט בין 10 הרץ ל -200 הרץ.זה שימושי במיוחד עבור ניטור בריאות מבני של גשרים, רכבות, וטורבינות שבו הם בשפע, עם זאת, עם זאת, דורש חשמל קפדני, עם זאת, עם זאת, עיצוב קפדני, הוא דורש פיקוח מכני.

(FLT:0RF אנרגיה קצירת אנרגיה מ-Wi-Fi) אוספת גלים אלקטרומגנטיים מ-Wi-Fi, תאיים או מגדלי שידור טלוויזיה.למרות שנחיתות כוח נמוכות (בדרך כלל מתחת 1 μW /cm2 ברוב הסביבות), ההתקדמות האחרונה בעיצובים של רטינאה ואלקטרוניקה דלת כוח נמוכה מאפשרת צניפים למרחקים של עד כמה מאות מטרים מ-Enter עצמו שידורים.

אחסון אנרגיה: יכולת בלנקום וארוכות

אחסון אנרגיה חיוני לגשר תקופות כאשר אנרגיה אינה זמינה (למשל, לילה עבור סוללות סולאריות, idle עבור רטטים) שתי האפשרויות העיקריות הן סוללות טעינה ו supercapacitors. Lithium-ion ו- Lithium-polymer סוללות מציעים צפיפות אנרגיה גבוהה (עד 240 Wh / ק"ג) וטעינה עצמית נמוכה, אבל יש להם מחזור מוגבל (500) והם נוטים לטמפרטורה נמוכה יותר של עד 10 ק"ג) לטווח קצר יותר (עד נמוך יותר) הם לעתים קרובות לסבול מחזורים).

Power Management Integrated Circles (PMICs)

(ה- PMICs הם המוח של מערכת איסוף האנרגיה.הם מכנים את המתח המסיק (אשר עשוי להיות לא יציב ונמוך), לאחסן את האנרגיה, ולסדיר אותה למסילות האספקה של המיקרובקר והרדיו. מפרטים מרכזיים כוללים זרם quiescent (שיכול להיות תחת 1 μA), מתח התחלה (כנמוך 10-20 מ"ל עבור TEG), ונקודת כוח מקסימלית (R) עבור קיבולת של 1TP (R) כגון:2C) באופן ספציפי, כלומר, כלומר, 000 C2, כלומר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, כלומר, 000, 000, 000, 000, 000, כמו למשל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000) של פעילות, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, כמו גם, 000 עבור קיבולת הפעלה באופן ספציפי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 עבור קיבולת הפעלה באופן ספציפי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000,

טכנולוגיות בעלות כוח נמוך ועיצוב

אולטרה-Low-Power Microcontrollers

הלב החישובי של חיישן המופעל על ידי עצמי חייב לצרוך אנרגיה מינימלית במהלך מדינות MCA ושינה. מודרני 16 סיביות ו- 32 סיביות מיקרובקר (MCUs) כגון Texas Instruments MSP430 (זרם פעיל מתחת 100 μA / MMCU) ו- ARM Cortex-M0+ מבוסס MCUs (למשל, STML0 עם השינה סביב 0.3A / 840 שעות) הם במהירות גבוהה יותר עבור אבטחה סטנדרטית של זמן סטנדרטית של פחמן CMAF.

חיישן כוח נמוך וממשקי Readout

החיישנים עצמם חייבים להיות נבחרים עבור צריכת חשמל נמוכה. meMS accelerometers כמו ADXL362 לצייר רק 1.8 μA ב 100 הרץ פלט נתונים תפוקה שיעור, ניתן להגדיר כדי להעיר את MCU רק כאשר סף הוא עודף. בדומה, חיישנים טמפרטורה דיגיטלית כמו TMP117 שואבת רק 200 וואט במצב השבתה.

תקשורת אלחוטית יעילה באנרגיה

(העברה של נתונים אלחוטית היא לעתים קרובות הצרכן האנרגיה הגדול ביותר בצומת IoT (Internet חיישן Node) בחירת הפרוטוקול הנכון הוא קריטי (FLT:0LoRaWANFLT:1 (Long Range Wide Area Network) פועל בלהקות תת-GHz ללא רישיון ולהשיג טווחים מפורטים של 2-15 ק"מ עם צריכת חשמל של כ- 10-25 מ"מ במהלך שידור נמוך כמו 0.1% (למשל, 1/10) ל-N) ל-F רגיל ל- 10 דקות בלבד (מספק) ל- 10 עד 10 עד 10 עד 10.

שיקולים מעשיים ל-Long-Term Deployment

תקציב אנרגיה וחובה אופניים

תקציב אנרגיה קפדני הוא הבסיס של חיישן עצמי מוצלח.המעצב חייב להעריך את הכוח הממוצע הנצרכים על ידי MCU, חיישן, ורדיו תחת ניתוח טיפוסי, ואז להשוות אותו עם הכוח המקצר הממוצע בכל התנאים הסביבתיים הצפויים (למשל, בחורף הגרוע ביותר בסולמה או ירידה בשרירים) - יחס הזמן הפעיל עד סך כל הזמן - הוא הכלי העיקרי לאספקת חשמל נמוך ו- 5 גרם ל- 10 שעות ביממה אחת בלבד).

יציבות והגנה על הסביבה

חיישנים מרוחקים לעתים קרובות עומדים בפני תנאים קשים: טמפרטורה קיצונית, לחות, אבק, חשיפה כימית והשפעות פיזיות. Sealing את האלקטרוניקה בתוך מתחם IP67-rated הוא נפוץ, אבל ניהול תרמי הופך קריטי כאשר לוחות סולאריים משולבים - הם חייבים להיחשף לאור, אבל האלקטרוניקה חייבת להישאר קרירה.תתקל על ציפויים, ציפויים, חסימת מנעולים, וחותמתים הרדמה מפני לחות בתוך תוקפנות חיצונית, עבור חומרים אולטרה סגולים, חומרים אולטרה-סגולים, במיוחד, חומרים מגנטיים, כגון מגנטיים, מגנטיים, מגנטיים, או מגנטיים, כגון:

העברת נתונים ו- Edge Processing

כדי להפחית עוד צריכת האנרגיה, חיישנים יכולים לבצע עיבוד נתונים על לוח ו קבלת החלטות (מחשוב חדשני) במקום לשלוח קוראי חיישן גולמי, המיקרובקר יכול למקם ממוצעים, לזהות אירועים (למשל, חציית סף), או אפילו להפעיל מודלים קלים ללמידה מכונה כדי לסווג דפוסים של DUD.com להפחית באופן דרסטי את מספר השידורים.

מחקרים אמיתיים

החקלאות: פיקוח סולרי-סולי

כרם בקליפורניה קידם רשת של 200 לחות קרקע מופעלת עצמית וחיישנים טמפרטורה באמצעות LoRaWAN.כל צומת מצויד עם 6 ס"מ × 6 ס"מ סוללה סולפי, 10 F supercapacitor, ו- TPS2740 תזמון PMI C. MCU (MSP4305969 מתעורר פעם לשעה כדי לקרוא את החיישן, ואז מעביר את הנתונים הממוצעים של 20 ק"מ) ל- 30 שבועות בממוצע, אפילו תחת מערכת החלפת נתונים של 30A, 000 בממוצע, 000 שנה, 000 בממוצע, 000 שעות ביממה, 000 בממוצע, 000 בממוצע, 000.

ניטור בריאותי סטרקטידור: אנרגיה Piezoelectric מגשר ויברציות

על גשר רכבת באירופה, החוקרים התקין נודות דו-ממדיות אלחוטיות המקצינות אנרגיה מרטטים המושרה ברכבת.כל אחד לאד משתמש במגוצ'ואלקטרי שהוצמד לתדירות הרטט הדומיננטית (- 20 הרץ) במהלך מעבר רכבת (הארכה כ-30 שניות), הקציר מייצר בערך 1 מ"ג אנרגיה, אשר מאוחסן ב- 470 מיקרו-Fcapacitor.

אתגרים וכיוונים עתידיים

שיפור היעילות

למרות ההתקדמות, רוב הקצירים להמיר פחות מ-20% של אנרגיה זמינה לחשמל הניתן להשגה.חומרים חדשים - כגון תאי שמש perovskite לשימוש מקורה וחומרים תרמואלקטריים מתקדמים עם דמויות ZT גבוהות יותר - שיפור משמעותי במחקר ל-FLT:0hybrid אנרגיה קציר אנרגיה עבור מערכות אנרגיה לתוך שטח פנימי (למשל, רטט סולארי + סולרי + חום + חום) יכול לספק כמעט קבוע יותר של אנרגיה, לדוגמה, חום, בטווח הארוך, בטווח הארוך, יכול להיות פעיל יותר, חום.

אחסון אנרגיה מתקדם

פתרונות אחסון אנרגיה נוכחיים הם צוואר בקבוק עבור פריסות מרובות-דה-אקדמית. סוללות Solid-state עם בנייה די-סרטונית מציעים צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וחיים ארוכים יותר מאשר ליתיום-יון קונבנציונלי, אך נשאר יקר. Supercapacitors עם אנרגיה ספציפית גבוהה יותר (למשל, ליתיום-יון-יון-יון-יון-התמריצים) הם מתעוררים, שילוב של תוחלת ה supercapacitors משופרת של supercapacitors עם יכולת אחסון.

סטנדרט והתאמה

הנוף של IoT נותר מפולגת עם פרוטוקולי תקשורת רבים ופלטפורמות חומרה.מיזמים כמו תקן IEEE 1451.7 עבור ממשקי טרנסדור חכמים וארכיטקטורה OpenFog Consortium עוזרים ליצור מערכות בין-שפע, אבל אימוץ נרחב עדיין רחוק.עבור עכשיו, מעצבים חייבים לבחור בקפידה רכיבים ופרוטוקולים שמתאימים למגוון הנדרש של היישום המטרה, נתונים, ותקציב כוח, תוך תכנון של יכולת מדרגה עתידית.

אבטחה וחדשנות

חיישנים מופעלים על ידי עצמי פועלים לעתים קרובות בסביבות לא מאובטחות, מה שהופך אותם פגיעים להתקפות פיזיות ואבטחת סייבר.פתרונות קריפטוגרפיים בעלי כוח נמוך - כגון הצפנה של AES עם מעבד ייעודי - יכול להגן על נתונים ללא תוספת צריכת חשמל משמעותית.עם זאת, ניהול מפתח ועדכונים קושחיקה על האוויר (טא-כוח) עדיין מאתגרים עבור מכשירים אולטרה-עוצמה שלא יכולים להרשות לעצמם להאזין לחלונות לטווח ארוך.

מסקנה

הפיתוח של חיישני IoT מוטבעים עצמיים הוא כבר לא סקרנות מעבדה - זה טכנולוגיה מעשית, מטבול במהירות המאפשר ניטור מרחוק לטווח ארוך טווח בטווח רחב של תעשיות בר קיימא - על ידי שילוב של אנרגיה משמש, תרמית, רטט, או מקורות RF עם אלקטרוניקה אולטרה-עוצמה, יעיל PMI Cs, ורכיבה חכמה, מהנדסים יכולים ליצור אבני חיישן כי הם פועלים באופן עצמאי ללא שנים חלופיות, אבל אבטחת מידע מתמשך של אבטחה מתקדמת, אבל ממשיך לפתח את החומרים של אבטחה יעילה, אבל איכות הסביבה של אבטחה מתקדמת, אבל ממשיכה, כמו גם את החומרים של אבטחה יעילה, כמו גם את החומרים של אבטחה יעילה, כמו גם את החומרים של אבטחה יעילה, כמו גם את אמצעי אבטחה יעילה, כמו גם את אמצעי אבטחה יעילה, כמו גם את אמצעי אבטחה יעילה יותר, כמו גם את הצמיחה של אבטחה יעילה, כמו גם לחץ דם יעיל יותר, כמו גם את האבטחה של מערכות אבטחה יעילה, כמו גם את רוב הזמן, כמו גם את האבטחה של אבטחה יעילה, כמו גם את האבטחה של מערכות אבטחה יעילה, כמו גם פיתוח, כמו גם את האבטחה של אבטחה יעילה יותר, כמו גם חומרים אבטחה יעילה, כמו גם פיתוח, כמו גם פיתוח, כמו גם פיתוח, כמו גם פיתוח, כמו גם פיתוח, כמו גם פיתוח, כמו גם פיתוח של מערכות אבטחה יעילה יותר, 000 אבטחה