Беcбатарейные сенсоры на energy harvesting ведут следующую IoT революцию

Внедрение Интернета вещей (IoT) взлетело по всему миру, но его стремительное расширение вносит сложные вызовы для инженеров и политиков. Прогнозы указывают, что к 2025 году глобальная IoT‑сеть может включать более 75 млрд подключенных устройств — цифра, подчеркивающая срочность подготовки надежных, масштабируемых решений.

Эксперты предсказывают будущее, где миллионы электронных гаджетов делят единую коммуникационную ткань — обычно беспроводную связь с облачными сервисами. Для поддержки взрывного роста данных этой экосистемы необходимы инновационные сенсорные технологии.

«Я считаю, что следующие вызовы для IoT будут сосредоточены на выявлении, какие устройства будут частью IoT. Просто потому, что технически возможно спроектировать умное устройство, не обязательно значит, что есть ценность в подключении каждого устройства к IoT», — говорит Грег Райс, менеджер технического маркетинга ON Semiconductor.

Подключенные сенсоры будут ключевыми в авто, промышленной автоматизации, умных домах, потребительской электронике, сельском хозяйстве и мобильном здравоохранении. С прогнозируемым ежедневным трафиком 125 эксабайт к 2025 году, эффективное управление этой данной лавиной станет критическим препятствием.

Райс подчеркивает: отправка каждого байта, сгенерированного на периферии, в облако может забить сетевую инфраструктуру. «Может быть эффективнее выполнить базовый анализ и агрегацию данных на краю IoT, а не гонять всё через облако в ядро сети», — отмечает он.

Energy harvesting — ключ к поддержанию экспоненциального роста IoT. Главные препятствия — эффективность сбора и надежность устройств. Harvest‑powered устройства часто работают на мизерных энергобюджетах, заставляя проектировщиков балансировать производительность против потребления.

Другой вызов — в самом источнике питания. Солнечные устройства процветают днем, но терпят неудачу ночью, в то время как RF‑harvested устройства требуют достаточно сильного электромагнитного поля. Масштабирование RF полей для массового сбора также поднимает важные вопросы здоровья, которые должны быть строго оценены.

ON Semiconductor представила передовой беспроводной беcбатарейный сенсорный набор — семейство Smart Passive Sensors™ (SPS) — мониторящий температуру, давление, влажность и приближенность на краю сети. Эти сенсоры идеальны для удаленных или обширных развертываний, где замена батарей нецелесообразна.

SPS сенсоры — беcбатарейные, безмикропроцессорные RFID‑теги, использующие стандартный UHF Gen 2 протокол для связи. При опросе RF‑ридером тег собирает энергию из сигнала, позволяя быстрые и точные измерения без выделенного источника питания.

Рисунок 1: Функциональный блок SPS сенсора

Райс объясняет: «Эта сенсорная сеть спроектирована для работы на RF energy harvesting. Центральный сенсорный хаб передает RF мощность через подключенную антенну, а отдельные сенсорные узлы беспроводные и беcбатарейные, работая за счет преобразования окружающего RF поля в электрическую мощность».

Как показано на Рисунке 2, каждый сенсорный хаб интегрирует модуль ридера — обрабатывающий протокол‑специфичную коммуникацию и exponирующий сырые данные (EPC, Temp, RSSI, Code и т.д.) — и модуль обработки, агрегирующий и форматирующий данные для дальнейшего анализа. Хаб поддерживает Wi‑Fi, Ethernet, Bluetooth и другие протоколы для передачи данных сенсоров в облако.

Рисунок 2: Блок‑диаграмма сенсорного хаба

Общая архитектура изображенна на Рисунке 3: хаб собирает данные от множества сенсоров и общается с другими устройствами через облако, открывая новые IoT‑приложения.

Рисунок 3: Архитектура сенсорного IoT

В сердце сенсорного блока лежит Magnus‑S2© Sensor IC от RF Micron, UHF RFID чип, питаемый RF energy harvesting от UHF ридера. Magnus‑S2 включает запатентованный самонастраивающийся Chameleon движок, оптимизирующий RF фронтенд по разным экологическим условиям. Работает в FCC‑определенном UHF и ETSI UHF диапазонах, доставляя компактное беcбатарейное решение, легко вписывающееся в size‑constrained применения.

Семейство SPS включает:

• Температурные сенсоры для пассивного сенсирования на металле, не‑металле и керамике — идеальны для предиктивного обслуживания в дата‑центрах и промышленных установках.
• Влажностные сенсоры для пассивного детектирования на пластике, дереве, керамике, почве, штукатурке — полезны для обнаружения утечек и контроля качества.
• Сенсоры уровня жидкости, пассивно чувствующие жидкость через тонкие пластиковые поверхности.

С постоянно растущим числом подключенных устройств успех IoT опирается на производительность и возможности сенсоров. Беcбатарейные, беспроводные сенсоры, бесшовно интегрирующиеся с облачной аналитикой, дают возможность более умного мониторинга по дата‑центрам, промышленному обслуживанию, строительству, распределению энергии, холодовой цепи, цифровому сельскому хозяйству и здравоохранению.

>> Эта статья изначально опубликована на нашем партнерском сайте Power Electronics News.