Uzak FSK Transceivers için Güç Meydanı
Frekans Değiştirilmesi (FSK), elektrik enerjisinin sınırlı ömürleri olan bir işhorsu olmaya devam ediyor ve çevre atıklarını gürültü ve basit uygulama nedeniyle uzak ve endüstriyel ortamlarda kablosuz iletişim için bir iş birliği programı olmaya devam ediyor. Ancak temel engel, radyo bağlantının kendisi değil - elektrik enerjisinin güvenilir, sürekli tedariki, FSK transistimalasyonları gerektirir. Enerji hasat, çevre kirliliği ve çevre kirliliğini mümkün olmayan bir şekilde en yüksek enerji kaynaklarına sunar.
Kablosuz Nodes için Enerji Üretiminin Temelleri
Bir FSK transceiver için enerji hasat sistemi genellikle transdüserden oluşur (solar hücre, pastazoelektrik elementi, termoelektrik modülü veya RF retenna), bir güç yönetimi devre ( maksimum güç noktası takip ve gerilim yönetmeliği dahil), ve bir enerji depolama tampon (parat veya şarj edilebilir bir batarya). Ortalama hasat edilen güç, transce hesaplarının geçiş ve resepsiyonun görev döngüsü için ortalama tüketimini aşmalıdır.
Güneş Enerjisi
Fotovoltaic (PV) paneller, çoğu FSK transceivers'in ihtiyaçlarının çoğunu aşılması için küçük bir 5 cm × 5 cm polikristal güneş hücresi, gece ve bulutlu dönemler boyunca sürmek için küçük bir süpervizör veya bataryayı kullanarak, analog veya dijital olarak optimize etmek için en yüksek çözünürlükte olan, enerji geri yüklemeleri içerir.
Titreşimli Enerji Üreten
Mekanik titreşimler birçok uzak ortamda boldur - rüzgar kaynaklı osilasyonlardan kulelerde endüstriyel tesislerde makineye kadar. Üç birincil transdüksiyon mekanizması kullanılır:
- [FONT=0)Piezoelektrik hasatçılar [Dönderler: 1) - Seramik veya polimer pastazoelektrik tabakaları ile elektriksel olarak sulandığında gerilim yaratır.Resonant frekanslar genellikle on ila yüzlerce Hz. Çıktı gücü, vibrasyon amplifikasyon ve frekans maçına bağlı olarak mikrowattlardan değişir.
- [FONT:0]Electromanya hasatçılar[[Dönetici: 1 ) – Bir bant içinde hareket eden bir mıknatıs mevcuttu. Bunlar sağlam ama daha büyük, düşük frekanslı vibrasyonlar için uygundur (1-50 Hz).
- [FONT:0)Triboelektrik nanojeneratörleri (TENG)[Dönetici:0)[değiştir | kaynağı değiştir], TENGs çok düşük frekanslı hareketlerden (insan hareketi, yavaş rüzgar).
Hibrit yaklaşımlar, pastazoelektrik ve elektromanyetik elementleri etkili frekans genişliğini genişletmek için birleştirir. FSK transceivers için, her birkaç dakika boyunca, optimum titreşimli enerjiden elde edilen kısa bir patlama bile depolanabilir ve kullanılabilir.UVT:0 Titreşimli kablosuz sensör düğümleri üzerinde araştırma).
Termal Enerji Enerjinin Enerjisi
Termoelektrik jeneratörleri (TEG), görüntünün bir sıcaklık farkı (345T) cihazı elektrik enerjisine dönüştürmek için etkisini kullanır. 10-20°C ile ortamlarda, endüstriyel borular, jeotermal ve ilaçlar veya hatta toprak ve hava arasındaki kontrastı -TEGs sabit, öngörülebilir bir güç sağlayabilir.For a small TEG modülü (e.g., 30 mm × 30 mm) 10-20°C, çıkış 10-50 mW. Düşük gerilime ulaşabilir.
Radyo Frekansı (RF) Enerjinin
Radyo sinyalleri zaten var olan ortamlarda (broadcast kuleleri, Wi-Fi, hücresel), çevre RF enerji, yeniden ayarlanan bir anten (tana) kullanarak fikre sahip olabilir (örneğin, güç kesintileri son derece düşük olabilir - 0.1-10 μW /cm2 - aynı anda birkaç frekans bandından yeterli olabilir (örneğin, 900 GSM MHz ve daha az kablosuz güç için kullanılan bir elektrik akımı olarak kullanılabilir).
Güç Yönetimi ve Depolama
Toplayıcı kaynağı ne olursa olsun, çevre enerjisinin dalgalanma ve aralıklı doğası akıllı güç yönetimi talep eder. Tipik bir mimari içerir:
- [FONT=0)Rectifier/AC-DC dönüştürücü[Dönetici: 1) - AC veya düzensiz sinyalleri üreten vibrasyonal, termal veya RF kaynakları için.
- [FONT=0)DC-DC/buck dönüştürücü[DÜT:1) – Transceiver'nin tedarik gerilimine (örneğin, 3.3V) yeniden giriş yaparken, maksimum güç noktasını takip edin.
- [FONT:0)Energy buffer[[Dönetici: 1) Bir seramik kapasitör, süper kapasite veya daha ince film bataryası, iletim sırasında zirve yükleri için enerji depolamak için enerji tasarrufu sağlar (10-50 m için 10-100 mA tüketebilir). Superkapors uzun döngü yaşamlarında tercih edilirken, Li-ion aküleri daha karanlık veya sakin dönemler için daha yüksek enerji yoğunluğu sağlar.
- [FONT:0]Duty bisiklet[Dönetici:0][Dönetici] – Transceiver mikrokontroller sadece yeterli enerji bir araya geldiğinde uyanmak için programlanabilir. Basit bir kotatör buffer gerilimi izler ve radyoyu sadece bir eşiğin üzerinde sağlar.
BQ25570 (Texas Instruments) gibi gelişmiş güç yönetimi ICs, şarj, MPPT'yi ve küçük bir pakette üretim düzenlemelerini basitleştirir, kendi güçlü FSK düğümlerinin tasarımını basitleştirir.
Hybrid and Multi-Kaynak Sistemleri
Tek hasat kaynağı evrensel olarak güvenilir değildir. İki veya daha tamamlayıcı kaynakları birleştirin, sağlamlığı arttırır. Ortak hibrit yapılandırmalar şunları içerir:
- [FONT:0)Solar + vibrasyonal[DÜT:1) - Güneş gün zaman gücü sağlar; rüzgar kaynaklı titreşim (veya küçük bir tür) gece/bulut gücü sağlar.
- [FONT:0] ⁇ + RF[[DÜT:1] - Endüstriyel ortamlarda, çevre Wi-Fi veya hücresel sinyallerle (RF) birlikte, çeşitli dağıtım noktaları kaplayabilir.
- [FONT:0)Solar + TEG[DÜT:1) - Arkadaki PV hücreleri ilk ve TEG modüllerini ilk ve TEG modüllerini bir araya getiren bir hibrit panel hem güneş ışığı hem de atık ısısı.
Multi-source hasatçılar geri dönüş olmadan çıktıları birleştirmek için OR-ing devreleri gerektirir, genellikle ideal diyotları veya özel güç birden çok çalışan için kullanılabilirlik ve verimlilik temelindeki kaynaklar arasında tahkim yapmalıdır.SQU004[FLT])Advantic EHE004, birden çok hasat transdüserleri için yapılandırılabilir girişler sunar.
Vaka Çalışmaları ve Gerçek Dünya Deployments
Çeşitli araştırma grupları ve şirketler, alanda enerji destekli FSK transceivers'i başarıyla göstermiştir:
- [FONT=0]Agricultural land monitoring[[Dönetici:0)[Döneticisel toprak izleme[[Dönetici:0))) – Uzak bir ağda FSK radyoları bir ağ, güneş hasatını (2W polikristal panel) ve 10 F süper kapasiteli, her 15 dakika boyunca toprak nemi iletebilme sistemi.
- [FONT:0]Structural health monitoring on köprüler üzerinde izleme) – Piezoelektrik hasatçılar köprü kablolarına (yol ve rüzgardan gelen) bağlı olarak FSK su sensörlerine sahip oldu.
- [FONT:0)Wildlife takip yakaları[[Dönetici: 1 ) – A hafif termal hasatçi, hayvanın vücut ve havası arasındaki sıcaklık farkı kullanarak (345T ⁇ 5-10°C) bir FSK tabanlı GPS yatak testlerini destekleyen bir Li-Po bataryayı altı ay boyunca sürekli olarak gösterdi.
Bu örnekler dikkatli sistem düzeyinde tasarım ile - hasat büyüklüğü, depolama kapasitesi ve belirli çevreye transceiver görevi döngüsü - kendini korumak için kullanılabilir.
Meydanlar ve Gelecek Yollar
İlerlemeye rağmen, enerjiden önce birkaç engel kalır FSK transceivers gerçekten çok yanlış hale gelir:
- [Düz ve değişken güç çıktısı - Birçok hasat kaynağı sadece mikrowattlar sunar, ultra-düşük-enerji radyo mimarisi talep eder. Sub-1 μA uyku akımları artık yaygındır, ancak verici patlamalar hala depolamayı hızlı bir şekilde boşaltabilir.
- Storage in failing – Superkapors düşük enerji yoğunluğuna sahiptir (<10 Wh/kg) ve yüksek öz-discharge (ayda% 20'ye kadar). Bataryalar daha fazla depolama sunar, ancak sınırlı döngü yaşamı ve sıcaklık aşırılıkları için hassastır.
- [FONT:0)Environmental Stabilite[[DÜT:1) - Çiftçiler toz, nemye, sıcaklık salaklarına ve fiziksel etkilere dayanmalıdır. Encapsulation and package stay non-trivial for long-term deployments.
- [FONT:0)Standartizasyon ve Interoperability[[Döntgen: 1) Çoğu hasat modülleri ve FSK transceiversiyonları özel olarak gerçekleştirilir. Açık güç-interface standartları entegrasyon hızlandıracaktır.
Geleceğin araştırmaları, sistemleri ve esnek elektronikleri tahmin etmek için makine öğreniminin kullanılmasının dinamik olarak değiştirilebilmesi için tasarlanmıştır. [FONTT:2).Multi-fretleri FSK transceivers), daha önce ulaşılamayan yüzeylerle enerji yakalamanın dinamik olarak değiştiğini varsayabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Enerji üretimi, FSK transceivers'ı uzaktan ortamlarda güçlendirmek için uygun bir yol sağlar, onları akü ve telli güç sınırlamalarından serbest bırakır.Eğer güneş, vibrasyonal, termal ve RF kaynakları - birlikte çalışır - sistem tasarımcıları, sadece bir seçenek için otonom olarak çalışan kablosuz iletişim düğümleri oluşturabilir - maliyetleri daha da azaltır ve en zorlu ekosistemlere dağıtacaktır.