פיתוח שיטות איסוף אנרגיה ל- Power Fsk Transceivers בסביבה מרחוק

אתגר הכוח ל-FSK Transceivers

תדירות Shift Keying (FSK) נשאר תוכנית מודולציה עבודה עבור תקשורת אלחוטית בסביבה מרוחקת ותעשייתית בשל עמידותה לרעש וביצוע פשוט.אבל המכשול הבסיסי אינו הקישור הרדיו עצמו - הוא ההיצע אמין, מתמשך של כוח מתעורר של סוללות יש תקופות חיים מוגבלות, דורשות נסיעות תחזוקה יקרות, וליצור פסולת אנרגיה, ללכוד ולמשוך את המרה של מקורות אנרגיה גמישים כדי לנתח את הטכניקות הקיימות, כדי להפעיל את האנרגיה הזו, כדי לנתח את ה-Fces.

עקרונות ליבה של קצירת אנרגיה עבור נקודות אלחוטיות

מערכת איסוף אנרגיה עבור transceiver FSK בדרך כלל מורכב transducer (תא solar, אלמנט אדזואלקטרי, מודול תרמואלקטרי, או RF retenna), מעגל ניהול כוח (כולל מעקב מקסימלי של כוח ותקנות מתח), ו- buffer אחסון אנרגיה כמו גם מודולים חלשים (capacitor או סוללה ניתוקטיבית) יש להגדיל את הצריכה הממוצעת של transceive בעוד חובה נמוכה עבור מחזור CSA-ACT-ACTLE-ACT נמוך יותר של סגסוגת נמוכה יחסית.

אנרגיה סולארית

לוחות פוטו-וולטאיים (PV) הם הטכנולוגיה הבוגרת והעוצמה ביותר לפריסות בחוץ. A קטן 5 ס"מ × 5 ס"מ פוליקריסטלליין יכול לייצר 50-100 מ"מ באור השמש המלא, הרבה מעבר לצרכים של רוב רשתות ההפעלה FSK מרחוק, כולל אלגוריתמים קלים, חלקית, ואת הצורך עבור supercapacitor או לרכוב על סוללות דרך תקופות אנרגיה מופחתת (Freative) או קצר מתחת ל-Frediticial קצר מתחת ל-Fens).

אנרגיה מאומצת

רטטים מכניים בשפע בסביבות מרוחקות רבות - החל מהתנודות המושרה רוח על מגדלים למכונות במתקני תעשייה.ישנן בשימוש בשלוש מנגנוני הפחתת ראשוניים:

• (FLT:0) לקצור הקצירים החשמליים (FLT:1 ), Cantilever beams withקרמיקה או פולימר ⁇ electric שכבות לייצר מתח כאשר מתוח מכנית. Resonant תדרים בדרך כלל נע בין עשרות למאות הרץ.
• (ב) ⁇ 0 (הקצירים חשמליים) ,1:1 - מגנטי נע בתוך סליל מעורר זרם.אלה חזקים אך גדולים יותר, מתאימים לרטטים בתדר נמוך (1-50 הרץ).
• (FLT:0)Triboelectric ננו-מארגן (TENGsOVA) 1 - מבוסס על אספקת מגע ו אינדוקציה אלקטרוסטטית, TenGs יכול לקצור מתנועות נמוכות מאוד (תנועה אנושית, רוח איטית) התפתחויות האחרונות דחף את התפוקה למספר מילימטרים, למרות שהאימפולס הגבוה שלהם דורש תנופה של כוח זהירה.

גישות היברידיות משלבות אלמנטים אדזואלקטריים ואלקטרומגנטיים להרחיב את רוחב הפס האפקטיבי.עבור FSK transceivers אשר משדרים מעת לעת (למשל, נתוני חיישן כל כמה דקות), פרץ קצר של אנרגיה רטט מקצר יכול להיות מאוחסן ומשמש עבור מחזור השידור.FLT:0Research על חיישן אלחוטי מונע רטט אלחוטית NodesF3LT:1 מראה כי ניתן לייעל את קציר-ceretransive corive corive coer מתוכנן מחדש אפילו מהפעלה עצמית.

אנרגיה מתחדשת

גנרטורים (TEGs) מנצלים את אפקט ה-Seebeck כדי להמיר את הבדל הטמפרטורה ( ⁇ T) על פני המכשיר לאנרגיה חשמלית.בסביבות עם מקורות חום - כגון צינורות תעשייתיים, vents גיאותרמאליים, או אפילו את הניגוד בין אדמה ואוויר - תמיד יכול לספק כוח יציב, צפוי. עבור מודול TEG קטן (למשל 30 מ"מ מתכת) עם מתח נמוך 10 מטרים (F) עם נפח נמוך 10 (לא יכול להיות שטח נמוך 10) עם נפח אווירי) 0- 0 (מ"מ"מ"מ) עם נפח מים נמוך (מ 0 -0 (p) עם נפח השמש (מ"מ"מ"מ"מ) עם 10 (p) עם נפח מים נמוך).

תדירות רדיו (RF) אנרגיה קצירת אנרגיה

בסביבות שבהן אותות רדיו כבר קיימים (מגדלים ברודן, Wi-Fi, סלולרי), אנרגיית RF מאוזנת, ניתן לספוג גישה מעשית של אנטנה מחדש (rectenna) למרות שנחיתות כוח הן נמוכות מאוד - באופן זמני 0.1-10 μW / ס"מ2 - הם עדיין יכולים להיות מספיק עבור מקלטים אולטרה-עוצמה FSK עם ניתוח ממונע.

ניהול חשמל ואחסון

ללא קשר למקור הקציר, האופי המתגלגל וה לסירוגין של אנרגיה מתפתחת דורש ניהול אנרגיה אינטליגנטי.אדריכלות טיפוסית כוללת:

• (FLT:0)Rectifier/AC-DC ממירראט'ל:1) - מקורות רטט, תרמיים או RF המייצרים אותות AC או בלתי סדירים.
• (FLT:0)DC-DC להגביר/הגרפת של מטבע 1(C) – מסדיר את המתח המנוסק למתח האספקה של ה- transceiver (למשל, 3.3V) תוך מעקב אחר נקודת הכוח המקסימלית.
• (FLT:0)אנרגיה של bufferFLT:1 - קיבול קרמיקה, supercapacitor, או סרט דק סוללת סוללה מאחסנת אנרגיה עבור עומסי שיא במהלך שידור (אשר יכול לצרוך 10-100 מ"א עבור 10-50 מ"מ) Supercapacitors מעדיפים את החיים ארוכים שלהם, בעוד סוללות לייון לספק צפיפות גבוהה יותר עבור תקופות כהות או רגועות יותר.
• (FLT:0) Duty רכיבה על אופניים 1 (Duty רכיבה על אופניים) - המיקרובקר הטרנסצנציאלי יכול להיות מתוכנן להתעורר רק כאשר מספיק אנרגיה צברה.

ניהול חשמל מתקדם ICs כמו BQ25570 (Texas Instruments) משלבת את הטעינה, MPPT, ותקנה פלט בחבילה זעירה, מפשט את העיצוב של נקודות FSK המופעלות על ידי עצמי.

מערכות היברידיות ורב-מקור

אף מקור קציר יחיד אינו אמין באופן אוניברסלי, שילוב של שני מקורות משלימים או יותר מגביר באופן דרמטי את העוצמה.

• (ב) ,0) ,סורל + רטט (Valemalph:1) - השמש מספקת כוח יום; רטט המושרה רוח (או טורבינות קטנה) מספק כוח לילה / ענן.
• (FLT:0) Thermal +Build RFFLT:1 - בהגדרות תעשייתיות, צינור חם (thermal) בשילוב עם אותות Wi-Fi או תאים ממין (RF) יכול לכסות נקודות פריסה מגוונות.
• (FLT:0) Solar + TEGFLT:1 - פאנל היברידי המשלב תאים PV על גבי ו-TEG מודולים על הגב לוכד את השמש ואת חום הפסולת.

מקציני Multi-source דורשים מעגל או-מחדש לשלב פלטים ללא זרימה אחורית, לעתים קרובות באמצעות דיודות אידיאליות או מספרי כוח ייעודיים.בקר ניהול האנרגיה חייב לחלחל בין מקורות המבוססים על זמינות ויעילות.מספר מודולים מסחריים, כגון FLT:0 Advantic EHE004FLT:1, מציעים קלטות ניתנות להפחתה של קצירים מרובים.

מחקרים וגילויים אמיתיים

כמה קבוצות מחקר וחברות הוכיחו בהצלחה את ה-FSK Transceivers באנרגיה:

• (FLT:0) ניטור קרקע חקלאית ניטורFLT:1 - רשת של רדיו FSK בכרמים מרוחקים בשימוש בקצירת השמש (2Wפוליקריסטל) ו-10 F supercapacitor להעביר נתונים ללחות אדמה כל 15 דקות.המערכת פעלה במשך יותר מ -20 שנים ללא תחליף סוללות.
• (FLT:0) ניטור בריאותי על גשריםFIRLT:1 ; קצירי Piezoelectric המצורפים לכבלי גשר (החלאות מתנועה ורוח) המופעלים על ידי חיישני זנים של FSK.התפוקה הממוצעת הייתה 1.2 מ'W, מספיק עבור התפרצויות נתונים לשעה.
• (FLT:0 WildLife מעקב אחר צווארוןים:1 - קציר תרמי קל משקל באמצעות הבדל הטמפרטורה בין הגוף של החיה האוויר המתפתל ( ⁇ T ⁇ 5-10 ° C) הואשם סוללה Li-Po אשר הפעילה משוואת GPS מבוססת FSK על בקר בנמיביה הראה פעילות רציפה במשך שישה חודשים.

דוגמאות אלה מדגישות כי עם עיצוב מתקדם מערכת - בגודל קציר, יכולת אחסון, מחזור חובה transceiver לסביבה הספציפית - פעולה של שמירה עצמית היא בלתי נסבלת.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות ההתקדמות, כמה מהמכשולים נשארים לפני שפיפיסקורסופטים המוסמכים באנרגיה הופכים להיות באמת כל כך חסרי ערך:

• (FLT:0)Low ו-משתנה פלט חשמל משתנה 1IR) - מקורות קציר רבים מספקים רק מיקרו-וואט, בדרישה ארכיטקטורות רדיו אולטרה-עוצמה. μA זרמי שינה נפוצים כעת, אך משדרים עדיין יכולים לנקז אחסון במהירות.
• <חזק>חוסר יעילות - Supercapacitors יש צפיפות אנרגיה נמוכה (<10 Wh / kg) וטעינה עצמית גבוהה (עד 20% בחודש) Batteries מציעים יותר אחסון, אך מוגבל מחזור חיים ורגישות לטמפרטורות קיצוניות.
• (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0)Standardization and interoperabilityFLT:1) - רוב מודולים קציר ו- FSK Transceivers הם קנייניים. Open Power-interface סטנדרטים יזרזו את האינטגרציה.

מחקר עתידי מתמקד ב-FLT:0 (ניהול כוח חלוצי של Power Management) 1 (באמצעות למידת מכונה כדי לחזות זמינות אנרגיה ולהתאים את מחזורי החובה בהתאם.FLT:2Multi- ⁇ FSK TransceiversF3) אשר יכול לשנות באופן דינמי את תדירות נושאת החשמל כדי להתאים את להקות קצירת RF היעיל ביותר נחקרות גם כן, אלקטרוניקה:4 וגמישות FLC:5 לכידת פני השטח יכול לאפשר לכידת פני השטח נמוכה או ממכונות מ-upable, אשר ניתן להשתמש.

מסקנה

קצירת אנרגיה מספקת נתיב קיימא כדי להעצים את FSK transceivers בסביבה מרחוק, לשחרר אותם ממגבלות סוללות וכוח חוט. על ידי מינוף מקורות סולאריים, רטט, תרמי ו RF - לעתים קרובות בשילוב - מעצבי מערכת יכולים ליצור נודים תקשורת אלחוטיים הפועלים באופן אוטונומי במשך שנים.המשך התקדמות בניהול חשמל, אחסון, חומרים יפחיתו עוד עלויות וירחיבו את הפריסה לתוך המערכות האקולוגיות המסוכנות, לא פחות או יותר, אלא גם עבור מערכות אנרגיה מרחוק, לא רק כדי להפעיל אמצעי בקרה תעשייתיות, אלא גם לא רק עבור מערכות הפעלה מרחוק, או מערכות הפעלה.