RF беспроводное питание движет универсальное принятие сенсорных сетей

Мы живем в эпоху взрыва ИИ (искусственного интеллекта). Всё — от вашего холодильника до миски вашей собаки — станет частью нейронной сети ИИ. Мировые доходы рынка ИИ, включая ПО, железо и услуги, прогнозируются расти на 16,4% год к году в 2021 году до $327,5 млрд, а к 2024 году рынок ожидается преодолеть отметку $500 млрд.

Хотя эти цифры впечатляют, ИИ достигнет своего полного потенциала только тогда, когда его можно будет кормить постоянным потоком данных из множества разнообразных источников. Чтобы собирать данные с скоростью, позволяющей высокий выход ИИ, вам нужна повсеместная сенсорная сеть на месте. Сенсоры — это нейроны, которые зажигают синапсы ИИ. Эти синергии императивны для частоты и качества выхода.

За последние несколько лет сенсоры начали проявлять себя как каркас IoT. В 2022 году датчики движения ожидают составить 8,35% глобального рынка IoT-сэенсоров. Общая выручка, генерируемая рынком сенсоров, оценивается в достижении $56 млрд в 2022 году.

Сенсорные сети должны продолжать расширяться, чтобы действительно поддерживать внедрение и выполнение высокого выхода ИИ. Однако масштабируемое расширение сенсорных сетей сдерживается ограничениями размещения из-за необходимости доступа к питанию. Так как же мы можем «держать огни включенными и нейроны стреляющими?»

Исторически сенсоры питаются проводами и/или батареями. Однако оба этих варианта имеют ограничения. Провода могут быть дорогими в прокладке и часто ограничительны — с пределами длины кабеля и потенциальными точками поломки. Батареи имеют ограниченную жизнь; их нужно регулярно заменять и выбрасывать, когда они израсходованы. Короче, они не надежны для требуемых временных циклов; они повторяющиеся затраты и экологически неустойчивы.

Альтернатива традиционному питанию

Замена проводам и батареям — сбор энергии (захват доступной энергии). Или беспроводная зарядка (генерация энергии для беспроводного питания устройства) — процесс, где энергия извлекается из предсказуемых внешних источников энергии, захватывается и хранится для применений, включая малые беспроводные автономные устройства, такие как используемые в беспроводных сенсорных сетях.

Существует много методов беспроводной зарядки, которые мы кратко рассмотрим:

• Вибрация — концепция преобразования вибрационной энергии в электрическую. Этот метод идеален только для машин, которые вибрируют.

• UV/IR энергия должна иметь прямую линию видимости между передатчиком и приемником для правильной работы, любые препятствия приводят к отсутствию питания у приемника.

• Qi — индуктивная зарядка, предлагающая ватты мощности, но только для приложений, где передатчик и приемник находятся в нескольких миллиметрах друг от друга; выравнивание устройства довольно ограничительно.

• Солнечная и ветровая энергия в большинстве случаев должны быть на улице и поэтому могут быть дорогими в строительстве и немного ограниченными в возможностях.

• Радиочастотная (RF) не требует прямой линии видимости, может доставлять мощность в герметичные оболочки, низкая мощность (мкВт до мВт) и более универсальна, чем ранее упомянутые процессы.

Беспроводные сенсорные сети

RF беспроводная технология питания уникальна тем, что она использует радиоволны электромагнитного поля вместо магнитных полей для зарядки устройства. RF передатчик использует электронику для генерации RF сигнала. RF сигнал посылается к антенне, которая передает RF волны к приемнику, встроенному в устройство, который подхватывает их с помощью антенны. Они затем конвертируются в используемую постоянную мощность с помощью встроенного чипа. Это питает устройство или перезаряжает батарею. Передача RF беспроводной мощности может быть описана в дальнем поле с помощью хорошо известного уравнения Фриза. Уравнение показывает, как переданная мощность, типы антенн и частота RF сигнала влияют на полученную мощность на разных расстояниях.

RF беспроводная мощность может быть реализована как зарядное место, где несколько устройств могут одновременно питаться; как RF луч, который может быть направлен прямо к конкретному устройству в нескольких метрах от передатчика; или как фокусированное пятно прямо перед передатчиком. Поскольку это двухсторонняя система (передача и прием), решение может быть спроектировано для большинства приложений. Одно большое преимущество RF беспроводной мощности — она может быть реализована в различных средах и конфигурациях, например, в крупных объектах, таких как отели, офисные комплексы и кампусы. Большинство времени есть незанятые зоны отеля, офисного комплекса или кампуса, которым не нужно держать свет включенным или температурные системы работающими в стабильном состоянии. Возможность менять эти условия (не иметь света в определенных незанятых комнатах и не иметь кондиционирование или отопление, включающееся или работающее реже) может создать эко-френдли объекты, улучшать пользовательский опыт и обеспечивать значительную экономию затрат.

Обычно сенсорные сети интегрируются только при проектировании здания или во время крупномасштабной перестройки, из-за сложности реализации. Однако беспроводные сенсорные сети (WSN) с использованием RF беспроводной мощности делают реализацию намного проще. Не нужно прокладывать провода, не нужно думать о проблемах с батареями. WSN позволяет неограниченные, пространственно распределенные и посвященные сенсоры для мониторинга и отчетности физических условий среды и организации собранных данных в централизованном месте.

Сегодня WSN все еще в основном полагаются на питание батареями, что, как отмечалось, не полностью надежно или предпочтительно. Но введение менталитета WSN «отрезать провода» позволяет сенсорированию происходить вне поля зрения и в труднодоступных местах. Интеграция сбора энергии поднимает универсальность WSN на ступень выше, устраняя человеческое взаимодействие после установки, так что эти системы могут надежно работать непрерывно без необходимости обслуживания. Кроме того, хотя сбор энергии добавляет начальные затраты, экономический ROI от большего контроля быстр, а свобода от будущего обслуживания (замена батарей) и утилизации имеют накапливающий эффект.

Помимо экологического мониторинга и контроля, другие способы применения этой технологии включают беспроводные системы сканирования температуры для помощи с протоколами COVID-19, беспроводное сенсорирование в камерах или контейнерах опасных материалов, где опасно для людей находиться рядом, и даже отслеживание температуры вакцин с использованием существующего RFID оборудования — обычной практики в большинстве медицинских учреждений.

Спрос на WSN

По мере роста спроса на ИИ, будет расти и спрос на WSN. Исследования прогнозируют, что глобальный рынок беспроводных сенсорных сетей ожидается расти с CAGR (составной годовой темп роста), превышающим 14% за прогнозируемый период. Его размер может вздуться до $1,5 млрд к 2022 году. WSN выгодны по многим причинам: они гибки и адаптивны, масштабируемы и могут принимать новые устройства в любое время, и могут помочь с экономией затрат, так как нет затрат на проводку.

Потребность в WSN будет видна во всех областях бизнеса — от розницы до складов, производственных объектов и далее. Даже публичные пространства используют WSN в светофорах, автобусных остановках, трассах, переходах и так далее. Офисные здания используют WSN для мониторинга местоположения сотрудников и отслеживания активов, чтобы видеть, где ноутбуки находятся в здании. От умных термостатов, замков, жалюзи, светильников и розеток, кажется, что всё соединено в наши дни, и как мы видим больше умных устройств, мы увидим еще больше запросов на WSN. Они станут основой умных городов завтрашнего дня.

RF беспроводная мощность

Пока есть несколько вариантов беспроводной передачи энергии через воздух, RF среди самых надежных и масштабируемых форм беспроводной передачи мощности для внутренних и внешних сред. В общем, беспроводная мощность более надежна, чем сбор энергии, так как она идентифицируема и предсказуема. Это также легко интегрировать RF беспроводную зарядку, так как она не ограничена движением или точным размещением, позволяя ей принимать устройства, которые индукция не может.

Беспроводная мощность — технологическая основа завтрашнего дня. Она даст нам гибкость развертывания WSN способом, которым мы сможем сделать завтра умнее, безопаснее, зеленее и лучше.

Эта статья написана Чарли Гетц, главным исполнительным директором, Powercast (Питтсбург, штат Пенсильвания). Для получения дополнительной информации свяжитесь с г-ном Гетцом по адресу This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.; или посетите здесь .