RF draadloze stroom drijft universele sensornetwerkadoptie

We leven in de leeftijd van een AI (kunstmatige intelligentie) explosie. Alles — van uw koelkast tot uw hondenspel — zal onderdeel worden van het AI-zenuwnetwerk. Wereldwijde opbrengsten voor de AI-markt, inclusief software, hardware, en diensten, worden verwacht 16,4 procent jaar op jaar te groeien in 2021 tot $327,5 miljard, en bij 2024 wordt verwacht dat de markt de $500 miljard marke breekt.

Hoewel deze getallen indrukwekkend zijn, zal AI alleen zijn volle potentieel bereiken wanneer het gevoed kan worden met een constante stroom data uit een overvloed aan diverse bronnen. Om data te verzamelen met een snelheid die high-value AI-output mogelijk maakt, heb u een alomtegenwoordig sensornetwerk nodig. Sensoren zijn de zenuwen die de AI-synapsen vuren. Deze synergieën zijn cruciaal voor de frequentie en kwaliteit van de output.

De afgelopen jaren hebben sensoren hun merk te maken als het framework van de IoT. In 2022 worden bewegingssensoren verwacht 8,35 procent van de wereldwijde IoT-ingeschakelde sensormarkt te vertegenwoordigen. Totale opbrengst gegenereerd door de ingeschakelde sensormarkt wordt geschat $50 miljard in 2022 te bereiken.

Sensornetwerken moeten zich blijven uitbreiden om in staat te zijn de adoptie en vervulling van high-value AI werkelijk te ondersteunen. Echter, schaalbare expansie van sensornetwerken wordt gedempt door de beperkingen van plaatsing vanwege de toegang tot stroom. Hoe kunnen we "de lichten aanhouden en de zenuwen laten vuren?"

Historisch worden sensoren gevoed door draden en/of batterijen. Echter, beide opties hebben beperkingen. Draden kunnen duur zijn om te leggen en vaak restrictief — met limieten in kabellengte en potentieel voor breukpunten. Batterijen hebben beperkte levensduur; ze moeten regelmatig vervangen worden en worden weggegooid wanneer leeg. Kortom, ze zijn niet betrouwbaar voor de benodigde tijdscycli; ze zijn een herhalende kosten, en ze zijn milieutechnisch niet duurzaam.

Een Alternatief voor Traditionele Stroom

Een vervanger voor draden en batterijen is energie-oogst (beschikbare energie vangen). Of draadloos opladen (energie genereren om een apparaat draadloos te voeden), het proces waar energie afgeleid wordt van voorspelbare externe energiebronnen, vastgelegd, en opgeslagen voor toepassingen inclusief kleine draadloze autonome apparaten zoals die gebruikt in draadloze sensornetwerken.

Er zijn veel methoden van draadloos opladen, die we kort zullen bekijken:

• Trilling is het concept van trillingsenergie omzetten in elektrische energie. Deze methode is alleen ideaal voor machines die trillen.

• UV/IR energie moet direct line-of-sight hebben tussen de zender en de ontvanger om goed te werken, elke obstructie resulteert in geen stroom die de ontvanger bereikt.

• Qi is inductief opladen en levert watts aan vermogen, maar is alleen voor toepassingen waar de zender en ontvanger een paar millimeters uit elkaar liggen; apparaatuitlijning is vrij restrictief.

• Zon en wind, in de meeste gevallen, moeten buiten zijn en dus kunnen duur zijn om te bouwen en ook een beetje beperkt in hun mogelijkheden.

• Radiofrequentie (RF) vereist geen direct line-of-sight, kan stroom leveren in waterdichte behuizingen, is laag-vermogen (µW tot mW) en is veelzijdiger dan de eerder genoemde processen.

Draadloze Sensornetwerken

RF draadloze stroomtechnologie is uniek omdat het radiofrequente elektromagnetische golven gebruikt in plaats van magnetische velden om een apparaat op te laden. Een RF-zender gebruikt elektronica om een RF-signaal te genereren. Het RF-signaal wordt naar een antenne gestuurd, die de RF-golven uitzendt naar een ontvanger ingesloten in een apparaat, die ze opvangt met een antenne. Ze worden dan omgezet in bruikbare DC met een ingesloten chip. Dit voedt het apparaat of laadt de batterij op. De overdracht van RF draadloze stroom kan beschreven worden in het far-field met de bekende Friis-vergelijking. De vergelijking toont hoe de gezonden stroom, typen antennes, en frequentie van het RF-signaal de ontvangen stroom op verschillende afstanden beïnvloeden.

RF draadloze stroom kan geïmplementeerd worden als een oplaadplek waar meerdere apparaten tegelijk gevoed kunnen worden; als een RF-bundel die recht op een bepaald apparaat enkele meters van de zender af gestuurd kan worden; of als een gefocuste plek direct voor de zender. Omdat het een twee-zijdig systeem is (zenden en ontvangen), kan een oplossing geëngineerd worden voor de meeste toepassingen. Een groot voordeel van RF draadloze stroom is dat het geïmplementeerd kan worden in een verscheidenheid aan verschillende omgevingen en configuraties, bijvoorbeeld, grootschalige faciliteiten zoals hotels, kantoorcomplexen, en campussen. Meestal zijn er onbezette gebieden van een hotel, kantoorcomplex, of campus, die geen lichten aan of temperatuursystemen nodig hebben die op een steady state draaien. De mogelijkheid om deze condities te veranderen (geen lichten aan in bepaalde onbezette kamers en niet de AC of verwarming laten aanslaan of minder vaak laten draaien) kan eco-friendly faciliteiten creëren, de gebruikerservaring verbeteren en significante kostenbesparingen opleveren.

Typisch worden sensornetwerken alleen geïntegreerd wanneer het gebouw ontworpen wordt, of tijdens een grootschalige renovatie-inspanning, vanwege de complexiteit van implementatie. Echter, draadloze sensornetwerken (WSNs) met RF draadloze stroom maken implementatie veel makkelijker. Geen draden lopen, geen batterijissues overwegen. Een WSN stelt onbeperkte, ruimtelijk verdeelde, en toegewijde sensoren in staat voor monitoring en rapportage van de fysieke condities van de omgeving en het organiseren van de verzamelde data op een gecentraliseerde locatie.

Vandaag de dag vertrouwen WSNs nog steeds primair op batterijstroom, wat, zoals opgemerkt, niet volledig betrouwbaar of wenselijk is. Maar, de introductie van WSN-tech's 'snij de draden' mentaliteit stelt sensing in staat plaats te vinden buiten zicht en in moeilijk bereikbare plekken. Het integreren van energie-oogst brengt WSN-versatiliteit een stap verder door menselijke interactie na installatie te verwijderen, zodat deze systemen continu betrouwbaar kunnen opereren zonder behoefte aan onderhoud. Bovendien, hoewel energie-oogst een initiële vooraankoopkost toevoegt, is de economische ROI van grotere controle snel, en de vrijheid van toekomstig onderhoud (batterijvervanging) en afvoer hebben een samengestelde effect.

Naast milieumonitoring en -controle, andere manieren waarop deze technologie toegepast kan worden omvatten batterij-vrije persoonlijke temperatuurscansystemen ontworpen om te helpen met COVID-19 protocollen, batterij-vrije sensing in gevaarlijke stofkamers of opslagcontainers waar het gevaarlijk is voor individuen om in de buurt te zijn, en zelfs vaccinetemperatuurtracking met behulp van bestaande RFID-apparatuur — een gangbare praktijk in de meeste medische instellingen.

Vraag naar WSNs

Naarmate de vraag naar AI toeneemt, zal de vraag naar WSNs toenemen. Onderzoek projecteert dat de wereldwijde draadloze sensornetwerkmarkt verwacht te groeien met een CAGR (compound annual growth rate) van meer dan 14 procent over de voorspellingsperiode. De grootte kan opbollen tot $1,5 miljard bij 2022. WSNs zijn voordelig om veel redenen: ze zijn flexibel en aanpasbaar, zijn schaalbaar, en kunnen nieuwe apparaten op elk moment accommoderen, en kunnen helpen met kostenbesparingen aangezien er geen bedradingskosten zijn.

De behoefte aan WSNs zal gezien worden over alle bedrijfsgebieden — van detailhandel tot magazijnen, productiefaciliteiten en verder. Zelfs publieke ruimtes gebruiken WSNs in verkeerslichten, bushaltes, snelwegen, oversteekplaatsen, enz. Kantoren gebruiken WSNs om werknemerslocaties te monitoren alsook asset tracking om te zien waar laptops zich in een gebouw bevinden. Van slimme thermostaten, sloten, gordijnen, lichten, en stopcontacten, lijkt alsof alles verbonden is tegenwoordig, en naarmate we meer slimme apparaten zien opduiken, zullen we nog grotere aanvragen voor WSNs zien. Ze zullen de ruggengraat zijn van de slimme steden van morgen.

RF Draadloze Stroom

Hoewel er verschillende opties zijn voor over-the-air stroom, is RF onder de meest betrouwbare en schaalbare vormen van draadloze stroomoverdracht voor zowel binnen- als buitensomgevingen. In het algemeen is draadloze stroom betrouwbaarder dan energie-oogst, omdat het identificeerbaar en voorspelbaar is. Het is ook makkelijk om RF draadloze oplaadtechnologie te integreren omdat het niet beperkt is door beweging of exacte plaatsing, waardoor het apparaten kan accommoderen die inductie niet kan.

Draadloze stroom is de enabling technology van morgen. Het zal ons de flexibiliteit geven om WSNs te deployen op een manier waarmee we morgen slimmer, veiliger, groener, en beter kunnen maken.

Dit artikel is geschreven door Charlie Goetz, Chief Executive Officer, Powercast (Pittsburgh, PA). Voor meer informatie, contacteer Mr. Goetz op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft JavaScript nodig om het te kunnen zien.; of bezoek hier .