שימוש בטכנולוגיות טעינה אלחוטיות במכשירי Iot Embedded

The Imperative of Cord-Free Power for Embedded Internet of Things

האינטרנט של הדברים (IoT) הופך את התעשיות על ידי הטמעת אינטליגנציה לאובייקטים פיזיים, מחיישנים סביבתיים בחקלאות ועד למוניטורים רפואיים בעלי יכולת ללבוש ונקודות בקרה תעשייתיות. צוואר בקבוק מתמשך בדרגת הרשתות הללו הוא משלוח חשמל.קשרים מסורתיים כופים מגבלות עיצוב, להגביל את גמישות הפריסה, וליצור מטענים אלחוטיים. Wireless מציעים נתיב לתקני בטיחות אוטונומיים, חתמים ונמוכים, המאפשרים להגיע אל תוך כדי לאפשר גישה לנקודות כוח קודמות, לאטום, לאטום, רק למתחים, ולא לפשט את מערכות לחץ פיזיות.

שיטות טעינה אלחוטיות מותאמות ל- Embedded Systems

כמה עקרונות פיזיים נפרדים תחת העברת כוח אלחוטי (WPT) הבחירה של הטכנולוגיה תלויה בדרישות כוח, מרחק, סובלנות היערכות ומגבלות עלות של יישום IoT המטרה.

המונחים: inductive Charging

טעינה אינדוקטיבית משתמשת סלילים משותפים ושדות מגנטיים בטווח הקרוב, בדרך כלל כמה מ"מ.זה השיטה הבוגרת ביותר ופרוצה, המצויה במכשירים צרכניים כמו סמארטפונים ומברשת שיניים חשמלית.עבור IoT מוטבע, טעינה אינדוקטיבית מתאימה למכשירים שניתן להציב ישירות על גבי משטח טעינה, כגון סורקים ידניים, לצד חיישנים רפואיים, או מחסנים עבור רובוטים מדויקים לשימוש ב-90% מהמיקום, אך לא ניתן לשלוט באופן קבוע, אך לא ניתן לשלוט באופן קבוע, אלא על ידי מערכות מגע, אך ורק על ידי סטנדרטים מתקדמים יותר ויותר על ידי שימוש קבוע, אך ורק על ידי מערכות טיפוליות טיפוליות בין-ידי שימוש במדד, אך ורק על ידי שימוש במדדים עם מגבלות מגע, אך ורק על ידי שימוש קבוע, אך ורק על ידי קומפקטי, אך ורק על ידי קומפקטיות טיפוליות בין-ידי שימוש במדדים, אך ללא הרף, עם מגבלות מגע, עם מגבלות טיפוליות בין-ידי שימוש קבוע, עם מגבלות טיפוליות, אך ורקמותרפיות, אך ללא הרף, אך ללא הרף, ללא הרף, אך ללא הרף, עם מגבלות טיפוליות טיפוליות, ללא הרף, אך ורק על ידי שימוש קבוע, אך ללא צורך במדדים

המונחים: inductive Charging

טעינה (או התחדשות מגנטית) מוסיפה קיבולים ליצור מעגלים LC מכוונן הפועלים בתדר נפוץ.זה מאפשר הפיכה חופשית יותר וחופש מרחבי גדול יותר: מכשירים יכולים להיות כמה סנטימטרים משם ועדיין לקבל כוח ניתן לנגיף. מכשירים מרובים ניתן לטעון בו זמנית ממקור הפיכה יחיד.

תדירות רדיו (RF) אנרגיה קצירת אנרגיה

טעינה אלחוטית ללכוד גלי רדיו ייעודיים או ייעודיים (לעתים קרובות בלהקות ISM כמו 868 MHz, 915 MHz, או 2.4 GHz) וממיר אותם ל- DC באמצעות מעגלים רטינה.טכניקה זו אטרקטיבית עבור אולטרה-נמוך חלקיקים הדורשים רק מיקרו-וואט דק ל-מילימטרים, כגון גלי טמפרטורה, חיישניים דמויי RFID, או מעקב מהיר יותר של אנרגיה, אך הוא לעתים קרובות יותר מטווח אגרסיבי של אנרגיה, הוא יעיל יותר, אך יעיל יותר, הוא יעיל יותר, אך יעיל יותר, הוא יעיל יותר, אך יעיל יותר, הוא יעיל יותר, אך יעיל יותר, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, הוא מסוגל יותר, אך יעיל יותר, עם טווחי רדיו-מטווח נמוך יותר, אך יעיל יותר, עם טווח יעיל יותר, עם טווח יעיל יותר, אך יעיל יותר, עם טווח יעיל יותר, עם טווח יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, עם טווח יעיל יותר, אך יעיל יותר, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, יעיל יותר, עם טווח יעיל יותר, הוא יעיל יותר, יעיל יותר, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, הוא יעיל יותר, 000.

העברה אלחוטית Wireless Power

הפיכה קפאולית משתמשת בתחומים חשמליים בין שתי קבוצות של צלחות מתכת ולא שדות מגנטיים.זה מציע יתרונות בגורמים צורה דקים וסובלים מכשולים מתכתיים שיפריעו לשדות מגנטיים.עם זאת, שדות AC בעלי מתח גבוה נדרשים להעביר כוח משמעותי, ומגבלות שטח צלחת מגבילות את אימוץ במכשירים זעירים. Capacitive WPT משמש לעתים קרובות שתלים ביו-רפואיים או חיישני בטיחות לבישים אולטרה-ל-ל-ל-לכת שבו הם עדיפויות מושכים עדיפויות.

לייזר ו-Beaming

למרחקים ארוכים מאוד (מרחיבים למאות מטרים), לייזר או העברת כוח קול יכול להיות קיימא. לייזר WPT מספק צפיפות אנרגיה גבוהה מרוכז בדבורה צרה, הדורש מעקב קו-of-sight ואקטיבי.זה בדרך כלל שמור עבור יישומים מיוחדים כמו מל"ט טעינה בטיסה או תחנות בסיס מרוחקות מרחוק IoT להשתמש גלי אקוסטיים ויכול לחדור חומרים קוסמטיים אבל סובלים מיעילות נמוכה ודאגות גבוהות ב-Nancy-Innersuals היום הוא זרם.

היתרונות האסטרטגיים של חיתוך ה- Cord

מעבר מחווט לאספקת חשמל אלחוטית מניב שיפורים איכותיים בעיצוב המכשיר, פריסה וניהול מחזור חיים. היתרונות האלה מרחיבים הרבה מעבר לנוחות פשוטות.

מיקום: True Environmental Sealing

כל מחבר פיזי הוא נקודת כניסה פוטנציאלית למים, אבק וגזים קורוזיים.לטעינה אלחוטית מאפשרת מחסנים חתומה לחלוטין, ומאפשר למכשירי IoT לפעול באופן אמין בסביבות רפלקטיות (עיבוד מזון), מזג אוויר חיצוני, אטמוספרה נפץ, או מתחת למים. IP68 או דירוגי IP69K הופכים להיות בלתי נסבלים ללא עלות של מחברים מיוחדים למים.

ביטול של Connector Wear and Corrosion

מחברים מכניים מתפרסמים על מחזורי ההכנסה החוזרים, סובלים משחיתות, והם מהווים נקודת כשלון נפוצה בציוד IoT נייד וקבוע. Wireless טעינה מסירת מצבי כישלונ אלה לחלוטין.עבור מכשירים שצריכים לפעול במשך שנים ללא תחזוקה - כגון חיישני צינורות או בניית צומת אוטומציה - מניעת חיבור ישיר ללבוש אמינות ישירות ומפחיתים את העלות הכוללת של הבעלות.

עיצוב חדשנות ללא פורט קונסטריטים

ללא צורך בנמל טעינה ייעודי, מעצבים תעשייתיים מקבלים חופש לייעל פרופילים אווירודינמיקה, למזער את נפח, או לשלב את המכשיר לתוך רהיטים, קירות או מכונות. מכשירים רפואיים IoT יכול להיות מעוצב עם משטחים חלק, קל-לנקיים.ישים צרכניים יכולים להשיג sleeker, עיצובים עמידים יותר מים.

אוטומציה ורשתות עצמיות

ברשתות IoT בקנה מידה גדול, מתמזגים באופן ידני במאות או אלפי מכשירים הוא לא מעשי.לטעינה אלחוטית מאפשרת שגרות טעינה אוטומטית: רובוטים ניידים יכולים לחזור לחבית טעינה, רחפנים יכולים לחלחל בתחנות נחיתה מופעלות, וחיישנים בעלי ערך רב יכולים לטעון במהלך האחסון.זה תומך בציי שימור עצמי של מכשירים אוטונומיים ומפחית את התערבות האדם כמעט אפס פעם אחת התשתית היא במקום.

טכנולוגיות אנרגיה למקורות מרוחקים

בשילוב עם קציר אנרגיה (סולאר, תרמי, רטט), טעינה אלחוטית מציעה גשר לפעולה כמעט-פרטיבית. חיישן שמבזבז את רוב זמנו במצב שינה נמוך כוח יכול לצבור מטען ממקור אלחוטי סמוך פעיל רק במהלך חלון יומי קצר. גישה היברידית זו היא בעלת ערך במיוחד עבור ניטור בריאות מבני על גשרים, תחנות זיהוי אלרכי, או חיישנים חקלאיים שבהם סוללה חלופית היא יקרה ומשבשת.

מחסומים אמיתיים בעולם ומסחר הנדסה

למרות יתרונות משכנעים, שילוב טעינה אלחוטית למכשירים משובצים ב-IoT מציג אתגרים טכניים וכלכליים משמעותיים שיש לטפל בהם במהלך עיצוב ארכיטקטורת המערכת.

ניהול חשמל וכלכלה

כל השיטות האלחוטיות יעילות פחות מחיבור חוטי עקב הפסדים הפיכה, אובדן תיקון, ועיוות חוסר התאמה. בחוזק נמוך (<1 W), יעילות עשויה להיות נמוכה כמו 30-50% עבור יבול RF, כלומר כוח שידור משמעותי מבזבז כמו חום. in מוטבע התקנים עם פיזור תרמי, עודף חום יכול לפגוע חיי סוללה או גורם מעצבי חייב בזהירות כוח שידור, אבל קירור יעיל יותר, עלייה במשקל, אבל הגנה גמישה, אבל כוח.

המונחים: distance

טעינה אינדוקטיבית ו resonant דורש היערכות סבירה כדי לשמור על הפיכה. Misalignment על ידי אפילו כמה מ"מ יכול לגרום יעילות לצנרת או לטעון להפסיק לחלוטין.עבור מערכות משובצות, זה דורש סובלנות מכנית מדויקת מנגנון הרציפים או, עבור מערכות הפיכה מחדש, משדר סלילים גדולים יותר כי תסבול מערכות מרובות חופפים משודרים עם חישה באופן אוטומטי עלות אלקטרוניקה, אבל אלקטרוניקה טובה יותר, הוא מעלה אתגרים דינמית עלות דינמית דינמית , אבל ויזואלית על עלויות אלקטרוניקה אלקטרוניקה דינמית , אבל , היא דינמית דינמית , היא מעלה , אבל אלקטרוניקה , היא מעלה אלקטרוניקה דינמית , אבל , היא , היא מעלה אתגרים דינמית דינמית אלקטרוניקה , אבל משיכה משיכה אלקטרוניקה ויזואלית , , החידושים , , אבל .

קשר עם Wireless תקשורת

תדרי טעינה אלחוטיים לעתים קרובות חופפים או מייצרים הרמוניות שיכולים להפריע לרדיו התקשורת של המכשיר (BLE, Wi-Fi, Zigbee, LoRa) השדה המגנטי החזק של מטען צ'י יכול desense מקלט BLE הסמוך. Mitigations כוללים הגנה, תדירות-היפוי, זמן-ראייה בין טעינה שידור, ופריסה זהירה כדי לשמור על אנטנה מפני רמות דו-קיום של מערכת-קיום.

עלויות ושרשרת האספקה

הוספת מקלט טעינה אלחוטית בדרך כלל מוסיף $- 5 ל- BOM (בהתאם לרמת כוח ואינטגרציה), בתוספת העלות של סלילים מותאם אישית, מפריט מגינים, ואימות ICs עבור תאימות. עבור מכשירים צרכניים בנפח גבוה, זה מקובל; עבור חיישנים זולים וזולים של סחורות זולות, זה עשוי להיות אסרטיבי, עם זאת, כמו צ'י ו- AirFal להפוך לכל מקום, ירידה בנפחים, להעריך את המחירים של עלויות נמוכות יותר (אופרמי תחזוקה).

סטנדרט ושפלות אינטראופרציה

הנוף הטעינה האלחוטי כולל סטנדרטים מתחרים מרובים (Qi, AirFuel, תוכניות קנייניות) בחירת סיכונים ללא סטנדרטיים לפתרון obsolescence ומגבלות את המערכת האקולוגית של משדרים תואמים. עבור יישומי IoT שחייבים לטעון ממגוון מקורות ציבוריים או תעשייתיים, דבקות בסטנדרט פתוח היא prudent. עם זאת, סטנדרטי להטיל עלויות הסמכה ועיצוב. כמה עיצובים מוטבע להשתמש בגישה כפולה כדי תמיכה אווירית ולהוסיף צ'יופולנית, אך מורכבות זו.

יישום הפרקטיקה הטובה ביותר עבור מהנדסים Embedded

שילוב מוצלח של טעינה אלחוטית למכשיר IoT מוטבע דורש גישה שיטתית מהרעיון באמצעות אימות.

ניתוח תקציבי ועיצוב פרופיל

החל על ידי מדידה של צריכת החשמל הממוצעת של המכשיר בכל מדינות התפעול (אקטיביות, idle, שינה) Define את שיעור החיוב הנדרש של שכפול המטען: לדוגמה, 15 דקות של טעינה ל-24 שעות של פעולה.זה מכתיב את רמת העברת החשמל המינימלית.מספק את עלויות החשמל ואת החלל אלחוטי; תחת פיקוח מוביל לחום.

בחירת ואינטגרציה

גיאומטריה Coil משפיעה באופן משמעותי על הפיכה וטווח. עבור מכשירים קטנים משובצים, סלילים מבוססי PCB (בדים נשיים על הלוח) הם פופולריים עבור עלות נמוכה פרופיל רזה, אבל Q-factor שלהם מוגבל.Fite-backed חוט פצע coils מציעים יעילות גבוהה על חשבון של אובדן עובי ועלויות הייצור. השתמש סימולציה אלמנט סופי (למשל, ASYS, COMSOL) למודל לסובלנות משותף למנוע מגנים ופעולות משותפות ממתכת.

תקשורת וגילוי אובייקטים זרים

רוב פרוטוקולי הטעינה האלחוטיים המודרניים כוללים תקשורת דו-צדדית על ערוץ החשמל (למשל, צ'י משתמש במפתחת מאולתלתלתרת) לנהל משא ומתן על רמות כוח, לזהות אובייקטים זרים (מטבעות מטבוליים, מפתחות), ולעקוב אחר הטמפרטורה. ליישם את ערימה קושחיקה זו בזהירות כדי להבטיח עמידה בטיחות (FCC, CE, CE, 623 אובייקט זר הוא קריטי בסביבות תעשייתיות שבו פסולת מתכתית עלולה להיות נוכח על פני השטח.

אינטגרציה ניהול סוללות

מקלטים אלחוטיים בדרך כלל מייצרים מתח DC מוסדר (למשל, 5 V) לחבר את זה לסוללה מטען IC המיועד לכימיה התא שנבחרה (Li-ion, LiFePO4, מוצק המדינה) המטען צריך לטפל בכוח הקלט המשתנה האופייני ל- WPT וכולל סיום כאשר מלא.עבור מערכות מבוססות על supercapacitor, להשתמש ב- Step-up-up-up-Br כדי לשמור על מתח יציב כמו קידוד מערכת.

בדיקות עבור תנאים אמיתיים

אימות מערכת טעינה אלחוטית על טווח מלא של טמפרטורות הפעלה צפויות, אוריינטציות ומרחקים.מבחן עם מכשולים פוטנציאליים (אבק, לחות, קרח) על פני השטח הטעינה.מדת וקרינה פליטות כדי לאשר עמידה רגולטורית.לבדוק את הסוללה של מכשיר היעד תחת מחזורי טעינה חלקית חוזרים, כמו טעינה אלחוטית עלולה להוביל למטענים קטנים רבים ולא מטען מלא ריק.

כיוונים עתידיים: חכם יותר, יותר כוח אוטונומי

המסלול של טעינה אלחוטית עבור IoT הוא לעבר חופש מרחבי גדול יותר, יעילות גבוהה יותר ושילוב חלקה לתוך הסביבה.כמה מגמות מתעוררות יעצבו את חמש השנים הבאות.

Long-Range ו- Dynamic Charging

מערךי Beamforming הפועלים ב-2.4 GHz או 5.8 GHz יכולים לספק עשרות מ"ט למכשיר נעים על פני מרחקים של כמה מטרים. סטארט-אפים ומעבדות מחקר מפתחים אלגוריתמים מעקב פעילים אשר מטים את הדבורה לעקוב אחרי מזל"ט או רובוט בטיסה.זה יכול לאפשר לציים אוטונומיים אמיתיים שלעולם לא צריכים לעגון פיזית.

Multi-Device ו- Multi-Standard Transmitters

משטחים טעינה עתידיים יוכלו במקביל למכשירי חשמל באמצעות סטנדרטים שונים (Qi, AirFuel, קנייני) על ידי התאמה דינמית של תדירות ובחירת סליל.זה יפשט את הפריסה בסביבות מעורבות, כגון בתי חולים או מפעלים באמצעות תיקי חיישן מגוונים.המשדר יפעל כנקודת גישה אלחוטית של כוח אלחוטית, בדומה לציר Wi-Fi.

שילוב עם אנרגיה קצירת אנרגיה ו-AI

טעינה אלחוטית לעתים קרובות יהיה משולב עם אנרגיה קציר כדי ליצור מערכות היברידיות שיכולות לפעול ללא הגבלת זמן. Edge עיבוד AI יכול לייעל את לוח הזמנים הטעינה: המכשיר מבקש כוח רק כאשר הסוללה שלו נמוכה או כאשר היא צופה תקופה של עומס עבודה נמוך.מודלים למידה מכונה פועל על מיקרובקר זעירים יכולים לחזות זמינות סולרית או דפוסים רטט כדי לבקש כוח אלחוטי ברגעים, צמצום השימוש הכולל.

סטנדרט עבור IoT תעשייתי

קונסורטוריה בתעשייה עובדת על גרסאות מחוספסות של תקני טעינה אלחוטיים לסביבות תעשייתיות, כולל רמות כוח גבוהות יותר (עד 100 W או יותר) וטווחי טמפרטורה מורחבים.זה סלול את הדרך להעצמה של פועלים, משאבות ורובוטים תעשייתיים אלחוטיים, חיסול קילומטרים של כבלים פורצי דרך במפעלים אוטומטיים.

מסקנה

טכנולוגיות טעינה אלחוטיות אינן חידוש; הן כלי מעשי, חיוני יותר עבור דרוג מערכות IoT משובצות. על ידי מתן מכשירים חתומות, ללא תחזוקה ואוטומטיים, כוח אלחוטי פותר אמינות ארוכת שנים אתגרים פריסה, בעוד שפיפות מסחר ביעילות, עלות והתערבות של הנדסה אלחוטית, קצב המהיר של סטנדרטיזציה ואינטגרציה רכיב הוא צמצום מחסומים באופן שיטתי, אשר להעריך את צרכיהם, עיצוב משותף, ושילוב יעיל של תרופות, לא יהיה גם כן, אלא גם אינטגרציה יעילה של אוטומציה רפואית, אלא גם כן, אלא גם אינטגרטיבית של אוטומציה חכמה של יישומים חדשים של אוטומציה תעשייתית של אוטומציה, אלא גם אינטגרציית חשמל, אך לא יהיה רק אינטגרציית חשמל, אלא גם אינטגרטיבית של אוטומציה תעשייתית של אוטומציה, אלא גם אינטגרטיבית של אוטומציה, אלא גם אינטגרטיבית של אוטומציה של אוטומציה, אלא גם אינטגרציית חשמל, אך לא יהיה אינטגרציית חשמל חכם של אוטומציה חדשה של אוטומציה תעשייתית של אוטומציה, אלא גם אינטגרטיבית של אוטומציה יעילה, אלא גם אינטגרטיבית של אוטומציה, אלא גם אינטגרציית חשמל, אלא גם אינטגרציית חשמל, אך ורק אינטגרציית חשמל, אלא גם אינטגרציית חשמל, אלא גם אינטגרציית