RF Wireless Power раскрывает повсеместное распространение сенсорных сетей

Мы живем в эпоху взрыва ИИ (искусственного интеллекта). Все — от вашего холодильника до миски вашей собаки — станет частью нейронной сети ИИ. Прогнозируется, что мировой доход от рынка ИИ, включая программное обеспечение, оборудование и услуги, вырастет на 16,4 % в годовом исчислении в 2021 году до 327,5 млрд долларов США, а к 2024 году рынок преодолеет отметку в 500 млрд долларов США.

Хотя эти цифры впечатляют, ИИ раскроет весь свой потенциал только тогда, когда его можно будет снабжать постоянным потоком данных из множества разнообразных источников. Чтобы собирать данные со скоростью, позволяющей получать высококачественные результаты ИИ, вам нужна повсеместная сенсорная сеть. Сенсоры — это нейроны, запускающие синапсы ИИ. Эти синергии необходимы для частоты и качества выходных данных.

За последние несколько лет датчики начали завоевывать популярность как основа IoT. Ожидается, что в 2022 году на датчики движения будет приходиться 8,35% мирового рынка датчиков с поддержкой IoT. По оценкам, к 2022 году общий доход от рынка активных датчиков достигнет 56 млрд долларов США.

Сенсорные сети должны продолжать расширяться, чтобы иметь возможность по-настоящему поддерживать внедрение и реализацию высокоценного ИИ. Однако масштабируемое расширение сенсорных сетей сдерживается ограничениями по размещению из-за необходимости доступа к электропитанию. Итак, как мы можем «держать свет включенным, а нейроны активными»?

Исторически датчики питались от проводов и/или батарей. Однако оба этих варианта имеют ограничения. Прокладка проводов может быть дорогостоящей и часто ограничивающей — с ограничениями по длине кабеля и потенциальными точками обрыва. Батареи имеют ограниченный срок службы; их необходимо регулярно заменять, а когда они израсходованы, их выбрасывают. Короче говоря, они не являются надежными для требуемых временных циклов; это повторяющиеся затраты, и они экологически неустойчивы.

Альтернатива традиционной власти

Заменой проводов и батарей является сбор энергии (улавливание доступной энергии). Или беспроводная зарядка (генерация энергии для беспроводного питания устройства). Это процесс, при котором энергия извлекается из предсказуемых внешних источников энергии, захватывается и сохраняется для приложений, включая небольшие беспроводные автономные устройства, подобные тем, которые используются в беспроводных сенсорных сетях.

Существует множество способов беспроводной зарядки, которые мы кратко рассмотрим:

• Вибрация это концепция преобразования энергии вибрации в электрическую энергию. Этот метод идеально подходит только для механизмов, которые вибрируют.

• УФ/ИК энергия должна находиться в прямой видимости между передатчиком и приемником для правильной работы, любые препятствия приводят к тому, что энергия не достигает приемника.

• Ци является индуктивной зарядкой и предлагает мощность в ваттах, но только для приложений, где передатчик и приемник находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга; выравнивание устройств довольно ограничено.

• Солнце и ветер, в большинстве случаев должен находиться на открытом воздухе, поэтому его строительство может быть дорогостоящим, а его возможности могут быть немного ограничены.

• Радиочастота (RF) не требует прямой видимости, может подавать питание в водонепроницаемые корпуса, потребляет мало энергии (от мкВт до мВт) и является более универсальным, чем упомянутые ранее процессы.

Беспроводные сенсорные сети

Технология беспроводного питания RF уникальна, поскольку для зарядки устройства используются электромагнитные волны радиочастотного диапазона, а не магнитные поля. Радиочастотный передатчик использует электронику для генерации радиочастотного сигнала. Радиочастотный сигнал отправляется на антенну, которая передает радиочастотные волны на приемник, встроенный в устройство, которое улавливает их с помощью антенны. Затем они преобразуются в пригодный для использования постоянный ток с помощью встроенного чипа. Это приводит устройство в действие или заряжает аккумулятор. Передача беспроводной радиочастотной мощности может быть описана в дальней зоне с помощью известного уравнения Фрииса. Уравнение показывает, как передаваемая мощность, типы антенн и частота радиочастотного сигнала влияют на принимаемую мощность на разных расстояниях.

Беспроводная радиочастотная мощность может быть реализована в виде точки зарядки, где одновременно могут питаться несколько устройств; как радиочастотный луч, который можно направить прямо на конкретное устройство в нескольких метрах от передатчика; или как сфокусированное пятно непосредственно перед передатчиком. Поскольку это двусторонняя система (передача и прием), можно разработать решение для большинства приложений. Одним из больших преимуществ беспроводного радиочастотного питания является то, что его можно реализовать в различных средах и конфигурациях, например, в крупных объектах, таких как отели, офисные комплексы и кампусы. В большинстве случаев в отеле, офисном комплексе или студенческом городке есть незанятые участки, в которых не требуется, чтобы свет или системы поддержания температуры работали в стабильном режиме. Возможность изменить эти условия (отключить свет в некоторых незанятых комнатах и ​​реже включать или включать кондиционер или систему отопления) может создать экологически безопасные помещения, улучшить взаимодействие с пользователем и обеспечить значительную экономию средств.

Как правило, сенсорные сети интегрируются только при проектировании здания или во время крупномасштабной реконструкции из-за сложности реализации. Однако беспроводные сенсорные сети (WSN), использующие беспроводную радиочастотную мощность, значительно упрощают внедрение. Не нужно прокладывать провода, не нужно думать о проблемах с аккумулятором. WSN позволяет использовать неограниченные, пространственно рассредоточенные и выделенные датчики для мониторинга и составления отчетов о физических условиях окружающей среды, а также для организации собранных данных в централизованном месте.

Сегодня WSN по-прежнему в основном полагаются на питание от батареи, что, как уже отмечалось, не совсем надежно или предпочтительно. Но внедрение менталитета технологии WSN «отрезать шнуры» позволяет проводить измерения вне поля зрения и в труднодоступных местах. Интеграция сбора энергии выводит универсальность WSN на шаг вперед, устраняя вмешательство человека после установки, чтобы эти системы могли надежно работать непрерывно без необходимости обслуживания. Кроме того, несмотря на то, что сбор энергии действительно увеличивает первоначальные первоначальные затраты, экономическая окупаемость за счет большего контроля является быстрой, а свобода от будущего обслуживания (замена батареи) и утилизации имеет дополнительный эффект.

Помимо мониторинга и контроля окружающей среды, другие способы применения этой технологии включают безбатарейные персональные системы сканирования температуры, разработанные для помощи в протоколах COVID-19, безбатарейные датчики в камерах с опасными материалами или контейнерах для хранения, где людям опасно находиться рядом. и даже отслеживание температуры вакцины с использованием существующего оборудования RFID — обычная практика в большинстве медицинских учреждений.

Спрос на WSN

По мере роста спроса на ИИ будет расти и спрос на WSN. Согласно исследовательским проектам, ожидается, что мировой рынок беспроводных сенсорных сетей будет расти со среднегодовым темпом роста (CAGR) более 14 процентов в течение прогнозируемого периода. К 2022 году его размер может увеличиться до 1,5 млрд долларов. Сети WSN выгодны по многим причинам:они гибкие и адаптируемые, масштабируемые, к ним можно подключить новые устройства в любое время, а благодаря отсутствию затрат на проводку можно сэкономить.

Потребность в WSN будет ощущаться во всех сферах бизнеса — от розничной торговли до складов, производственных помещений и т. д. Даже общественные места используют WSN на светофорах, автобусных остановках, автомагистралях, пешеходных переходах и т. д. Офисные здания используют WSN для мониторинга местонахождения сотрудников, а также для отслеживания активов, чтобы увидеть, где в здании находятся ноутбуки. От интеллектуальных термостатов, замков, жалюзи, освещения и розеток кажется, что в наши дни все взаимосвязано, и по мере появления новых интеллектуальных устройств мы увидим еще больше запросов на WSN. Они станут основой умных городов завтрашнего дня.

Мощность беспроводной связи

Несмотря на то, что существует несколько вариантов беспроводного питания, радиочастота является одной из самых надежных и масштабируемых форм беспроводной передачи питания как внутри помещений, так и снаружи. В целом, беспроводное питание более надежно, чем сбор энергии, поскольку оно идентифицируемо и предсказуемо. Также легко интегрировать технологию беспроводной зарядки RF, поскольку она не ограничена движением или точным размещением, что позволяет использовать устройства, которые не могут быть индукционными.

Беспроводная мощность — это технология завтрашнего дня. Это даст нам возможность развертывать WSN таким образом, чтобы мы могли сделать завтрашний день умнее, безопаснее, экологичнее и лучше.

Эта статья была написана Чарли Гетцем, главным исполнительным директором Powercast (Питтсбург, Пенсильвания). Для получения дополнительной информации свяжитесь с г-ном Гетцем по адресу Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.; или посетите здесь .