Speaker A
ЦП і ЦАПом — основні периферійні модулі для зв'язку, щоб можна було цей сенсорний модуль під'єднати далі кудись.
Лекція про живлення IoT пристроїв, технології RFID, управління енергоспоживанням та відтворення електроенергії в сенсорних системах.
Key Takeaways
- Ефективне управління енергоспоживанням є критично важливим для стабільної роботи IoT систем.
- Відтворення електроенергії з навколишнього середовища допомагає подовжити термін служби пристроїв.
- Побудова бюджету енергоспоживання враховує всі складові споживання та втрати енергії.
- Гібридні системи живлення є більш ефективними, але складнішими у проектуванні та підтримці.
- Розвиток технологій живлення IoT йде повільніше, ніж інформаційних систем, але залишається актуальним.
Summary
- Розгляд периферійних модулів для підключення сенсорів, зокрема ЦП і ЦАП.
- Опис процесу обробки сигналів датчиків: підсилення, фільтрація, калібрування, цифрове перетворення.
- Приклад інфрачервоного термочутливого датчика Texis з 24-розрядним АЦП та цифровими інтерфейсами (I2C, SPI).
- Проблеми енергоживлення IoT пристроїв, особливо віддалених і розташованих у складних умовах (вакуум, вода).
- Концепції управління живленням, врахування активної потужності, частоти збору даних, радіозв’язку та паразитних витоків енергії.
- Побудова бюджету енергоспоживання для IoT систем з урахуванням нелінійності роботи батарей та акумуляторів.
- Відтворення електроенергії як спосіб подолання проблем живлення, використання навколишніх джерел енергії (температура, радіочастоти, освітленість).
- Переваги гібридних систем живлення, що поєднують акумулятори та енергозбір з навколишнього середовища.
- Огляд діапазонів потужностей для систем відтворення електроенергії від 10 нановат до 100 мікроват і вище.
- Значення радіочастотного сигналу як джерела енергії для малопотужних пристроїв IoT.
Full Transcript — Download SRT & Markdown
Speaker A
Ну і контролери датчика. Далі ми сказали, що між датчиком та контролером також треба виконувати певні операції.
Speaker A
Значить, сигнал датчика перед тим, як відправитися на наступний рівень, взагалі потребує підсилення, фільтрації, калібрування. Ну і крім того — перетворення на цифрову форму. І якраз ось у нас тут приклад того, як може бути побудований 24-розрядний, значить, 16-бітний
Speaker A
АЦП. Значить, який використовується в складі інфрачервоного термочутливого датчика Texis від Texis Instruments. Тобто далі від АЦП сигнал цей поступає на вхід пристрою, який вже перетворює його, наприклад, в імпульсно-модульований сигнал.
Speaker A
Або команди якогось послідовного інтерфейсу стандартизованого, такого як I2C, або SPI, або ось. Ну, і далі вже по цьому інтерфейсу можна передавати безпосередньо до мікроконтролера або процесора цифрових сигналів верхнього рівня.
Speaker A
Ну і прикладом цього якраз може слугувати ось цей термочутливий датчик. Він безконтактний, відноситься якраз до мікроелектромеханічних датчиків, поглинає інфрачервоне випромінювання і перетворює його в напругу сумісно із цифровими інтерфейсами.
Speaker A
Дозволяє точно виміряти, досить точно виміряти температуру навколишнього середовища, діапазон виміру від -40 до 125° C.
Speaker A
Так. Ну що ж, ідемо далі. Щодо відтворення електроенергії, ми з вами говорили, в принципі, і на попередніх парах, і на ось попередньому заході, що використання багатьох датчиків, багатьох периферійних пристроїв пов'язано з проблемою енергоживлення, можна сказати.
Speaker A
Чим більше в нас елементів, тим більше, як правило, відстань, на якій знаходяться ці елементи, ці датчики і їх взагалі живлення. Живлення пристроїв, які знаходяться далеко від нас, підтримка їх постійного правильного живлення стає, ну, задачею, стає проблемою. Буває таке, що при
Speaker A
розгортанні певних систем інтернету речей датчики потребують розташування там під водою, в якихось розріджених місцях, у вакуумі і так далі. Тобто, ну і крім того, це впливає на те, як вони взагалі будуть живитися, правильно
Speaker A
в цих середовищах. Ну і стосовно інтеграції, інтеграції до існуючих якихось систем. Тобто вам треба не розробити систему з нуля, а інтегрувати її в якості функціоналу до якоїсь існуючої інфраструктури. Так от, то вже знов-таки виникає проблема, як
Speaker A
інтегрувати, як забезпечити живлення, коли в нас уже там все розгорнуто. Тобто це ускладнює питання живлення.
Speaker A
Ну і давайте розглянемо деякі концепції, як виробляється електроенергія, як можна керувати живленням. Це тема досить широка взагалі.
Speaker A
Мсується вона і програмного забезпечення, і управління, і апаратного забезпечення. Важливо правильно, ефективно керувати енергоживленням віддалених пристроїв.
Speaker A
Взагалі проектувальники Айот-систем, як правило, будують так званий бюджет електроживлення, енергоспоживання і враховують при цьому такі фактори, як активна потужність датчика, який використовується, частота збирання даних цим датчиком, потужність бездротового радіозв'язку, який використовується для передачі цих даних і забезпечує покриття заданої
Speaker A
площі. Значить, потужність мікропроцесора і мікроконтролера, якщо він використовується в сенсорному модулі, потужність пасивної складової також треба враховувати. Далі треба враховувати так звані, як це називається?
Speaker A
Коли в нас витікає електроенергія — це називається утечками. Тобто завжди є така проблема. Ви накопичували електроенергію там, а вона починає потім знижуватися, так? Тобто витікає, витікає через ось ці паразитні ефекти. І це стосується багатьох технологій
Speaker A
збереження електроенергії і передачі електроенергії по дротах також. Тобто чим далі у вас простягається ця лінія, тим буде більше падіння потужності на ній. Ну і якщо нам треба зарезервувати електроенергію для живлення якихось там, чим більше нам треба живити, тим
Speaker A
більше проблем. І ось будується такий собі бюджет енергоспоживання, який якраз відбиває, яке сумарне енергоспоживання буде у всіх цих споживачів.
Speaker A
І як забезпечити це споживання за допомогою джерел живлення. Враховується при цьому, що з часом режим роботи батарей та акумуляторів характеризується нелінійністю, тобто він нелінійно змінюється.
Speaker A
Батарея, як правило, втрачає енергоємність свою при розрядці і напруга падає криволінійно. Це також треба враховувати. Це може бути джерелом проблем певних для систем, наприклад, бездротового зв'язку.
Speaker A
Значить далі. Відтворення електроенергії — це один з способів подолання певних проблем. Це питання не нове, але в плані інтернету речей воно дало, скажімо так, новий поштовх для розвитку систем інтернету речей і стало важливим елементом цих систем.
Speaker A
В принципі, будь-яка система, яка слідкує за змінами умов оточуючого середовища, наприклад, змінюється температура від жари до холоду. Значить, ми отримаємо радіосигнали, ми знаходимося взагалі в зоні постійних радіовипромінень, вимірюємо освітленість. В принципі,
Speaker A
ми можемо використовувати ці зміни для того, щоб перетворювати їх в електричну енергію. І в деяких системах це якраз єдине джерело.
Speaker A
Ну, є такі системи, де використовується комбінований спосіб, так? Тобто в нас є акумулятор, а ми можемо частину з навколишнього середовища електроенергії брати. А є такі, в яких ось тільки з зовнішнього середовища і все.
Speaker A
Що воно досить стабільне. Якщо система гібридна, тобто використовується джерело живлення, значить, ми можемо подовжити термін живлення без підзарядки і взагалі подовжити термін служби самого акумулятора.
Speaker A
Тобто в будь-якому разі такі системи, вони, як правило, більш ефективні, хоча вони, звісно, більш складні, тобто це ускладнює дещо і проектування таких систем, і, можливо, їх підтримку, так? Тобто нам треба слідкувати і за акумулятором, і за безпосередньо таким
Speaker A
перетворювачем енергії. Так, да. Значить, що ми тут бачимо? Ми тут, в принципі, бачимо таку собі вісь, на якій потужність показана, так, там від маленьких, досить маленьких, 10 нановат, маленька-маленька потужність до відносно великих 100 Вт. Це вже
Speaker A
вважається досить суттєва потужність, так? Значить, якщо говорити про масове використання систем відтворення електроенергії, то вони охоплюють якраз так, ну, малі значить потужності, відносно малі, від 10 нановат до 100 мікроват.
Speaker A
Тобто 1 Вт — це вже вважається те, що виходить приблизно за межі можливостей сучасних систем відтворення електроенергії, хоча вони постійно розвиваються, розвиваються і ця границя постійно зсувається.
Speaker A
Тобто, в принципі, більше стає таких технологій, які дозволяють вже через відтворення електроенергії живити більш потужні системи. Ну, хоча вони розвиваються не так швидко, як безпосередньо інформаційні системи.
Speaker A
Взагалі те, що стосується живлення, воно розвивається стабільно, але не так швидко. Це треба враховувати. Тому питання відтворення електроенергії, питання взагалі живлення систем, воно залишається актуальним більш довгий час, так? Тобто, з одного боку,
Speaker A
питання про відтворення електроенергії доцільно розглядати якраз в умовах надлишку, коли в нас є незадіяна якась незадіяна електроенергія. Тобто, ну, от, наприклад, радіочастотний сигнал, так? От ми знаходимося в зоні радіочастотного сигналу. Ми не створюємо цей сигнал
Speaker A
спеціально, так? Але ми можемо використати його для того, щоб сформувати якісь, наприклад, енергію на рівні одного мікровата.
Speaker A
1 мкВт для живлення, наприклад, таймерів, там, калькуляторів. Ну, це приблизно які пристрої ось споживають таку енергію, таку потужність. Значить, 10 нановат — це мікропроцесор в режимі очікування, що важливо, так? Якщо він буде, значить, просипатися і працювати, то він
Speaker A
вже більше буде енергії брати. Значить, 100 нановат — годинник реального часу споживає 1 мкВт, таймери, 10 мВт — радіочастотні мітки, 100 мкВт — датчики, більшість сучасних датч...
Speaker A
споживає 100 мВт - це пристрої GPS споживають, а далі вже там пристрої сотового зв'язку, GSN передавачі 1 Вт, ноутбук 10 Вт, е, силові елементи, потужні сервери, там освітлення, це вже там 100 Вт і більше. Ну і ось що ми
Speaker A
бачимо. Е, радіочастотний сигнал дозволяє, е, відтворити енергію десь на рівні 1 мВ плюс-мінус. та рух людини можна використовувати, коли людина ходить. Значить, відповідно, вона створює е-е може створювати е-е тиск на підлогу. От, тобто ви ходите, ви натискаєте на спеціальні
Speaker A
елементи, вони можуть бути побудовані на тих самих п'єзоелементах, да, і генерувати приблизно таку потужність.
Speaker A
Далі освітлення, навколишнє освітлення можна використовувати, причому навіть штучне, да, і штучне, і сонячне освітлення. Сонячне, звісно, що воно дає нам більше електроенергії, значно більше. Температура людини навіть може бути використана, щоб згенерувати приблизно 100 мкровт потужність. Так, рух механізмів, промислова температура
Speaker A
більш дото, тобто температура людини та це невеличка невеличке значення. Промислова температура там в цехах може досягати там значить великих значень.
Speaker A
Значить, відповідно вона може бути джерелом енергії для нас. Взагалі перетворення сонячної енергії - це найбільш м такий перспективний спосіб відтворення енергії з навколишнього середовища. Ее, як ми знаємо, да, значить, багато хто навіть зі звичайних людей встановлює в себе там сонячні
Speaker A
батареї. Відповідно, це може бути і використовуватися в системах інтернет-речей. Хоча, звісно, що тут є е-е питання щодо стабільності. Тобто сонце не завжди є. сонце е-е є, ну, апріорі лише, скажімо так, світлу годину доби, значить, і воно не інтенсивне, ну, неоднакове, да, в цю
Speaker A
весь цей період. Там бувають хмари, які закривають сонце, бувають, ее, що називається різні атмосферні явища, там дощі, туман, сніг. Все це може, значить, знижувати ефективність роботи сонячних батарей, особливо, якщо там сніг закриває саме ці сонячні панелі, їх потрібно чистити. Ось. А найбільш
Speaker A
ефективно вони працюють якраз при прямому сонячному освітленні. І в принципі е-е є такі м-м кліматичні зони е-е на планеті, для яких вже е зміна цих умов сонячного випромінення, вона досить стабільна. Тобто це треба враховувати для того, щоб забезпечити
Speaker A
безперервність. Тобто там стоїть акумулятор, він накопичує, коли у вас сонце ее світить, да, а потім віддає, коли воно насвітить.
Speaker A
будують, в принципі, такі карти. Можна знайти їх в інтернеті, як взагалі по тих або інших країнах, е, встановлюються сонячні панелі. Значить, де вони відіграють більшу роль, там, де вони більш ефективні, де меншу роль.
Speaker A
Так. І що в мене тут зависло? Алло, мене чути? Так, ми вас чуємо. Так, ми вас чу.
Speaker A
Так, я вже думав, що в мене тут зависло. Ось в мене миша зависла. Так, ну ладно, да. Що стосується п'єзохнічного перетворення, про яке ми сказали, ось є така закономірність. Є.
Speaker A
Ми тут бачимо формулу. Значить, це по суті, ее, значить, ми враховуємо постійний заряд на пластинах. Значить, Q воно позначено, де моя миша взагалі, що відбувається.
Speaker A
Е, все, я зробив. Дадада. Значить, ось в нас є Q, да, постійний заряд на пластинах, є постійна напруга, електрична ємність. І ми можемо завдяки цій системі отримувати енергію ось за таке за та за таким законом, за такою закономістю. Тобто це
Speaker A
електромагнітна система, що працює на основі закону Фарадея і ее використовує п'єзомеханічні ефекти. Ее, тобто в нас є магнітний потік, він протікає через катушку з дротом і індукує в ній електричний струм.
Speaker A
От. А, значить, забезпечує це або вібрація, або згинання. Да. Значить, є електромагнітні системи, є електростатичні системи.
Speaker A
От є такі системи, в яких реєструється зміна між євнісними пластинами. Тобто на них підтримується постійна напруга або заряд. Ну, а вібрація пластин викликає зміну відстані між ними і виникає при цьому енергія. І от якраз це ілюструється цим законом,
Speaker A
да? Значить, перевагою електростатичного перетворення є те, що воно може бути масштабованим і воно є економічно більш доцільним якраз в умовах промислових.
Speaker A
Там, де в нас машинобудівництво, там, де в нас якісь виробництва стоять, виробництво напівпровідників, ось там це популярно використовувати.
Speaker A
Ну і механіко електричне перетворення. Це та ж базова концепція. Але вже по згинанню, по зусиллю, точи при згинанні, при прикладанні зусилля генерується електрична енергія.
Speaker A
Ну, ще треба враховувати аспект перетворення е-е значить з випрямленням і згладжуванням отриманої напруги. Тобто ми можемо отримувати не лінійну напругу, да, а треба її перетворювати на постійну. Ось це також треба враховувати, щоб коли ми згинаємо, значить ця напруга, вона не лінійна, а
Speaker A
нам треба, щоб було стабільно. Так. Ну добре. Значить, перетворення тепла в електроенергію може бути перетворена ее теплова енергія будь-якого пристроя, ее в тому числі пристроя, якому необхідний відвід тепла. Тобто нам треба відвести тепло від якогось елемента і це
Speaker A
можна вже використовувати для генерації електроенергії. При цьому використовуються два основні процеси. Значить термоелектричний процес, коли йде пряме перетворення теплової енергії в електричну внаслідок ефекту Зєбека.
Speaker A
І термічний процес, також відомий як термотенулювання, термотунелювання. Електрони імітуються з нагрітого електрода в напрямку холодного.
Speaker A
Ну, ось тут в нас є закон Зебека, ефект Зебека. Е-е, для різних матеріалів враховується і що ми можемо отримати при термоелектричному ефекті.
Speaker A
Так. Ну, добре. Значить, давайте тепер перейдемо до ее питань збереження електроенергії. Ее типовим сховищем електроенергії для датчиків інтернету речей виступають батареї або так звані іоністори або суперконденсатор.
Speaker A
Ее які аспекти враховуються при виборі батареї або акумулятора для живлення блоків систем інтернету речей? Ну, по-перше, рівень енергії, що необхідний для живлення силової підсистеми, енергоємність акумулятора, який ми зараз обираємо, доступність його для заміни, вага, в багатьох випадках важливий
Speaker A
момент, необхідна частота заряджання акумулятора, ее, наявність джерела відновлювальної енергії, якщо вона є, треба врахувати. Динаміка характеристик потужності батареї. Як буде змінюватися енергія з часом і в процесі розрядки?
Speaker A
Термічні характеристики навколишнього середовища. Гарантований батареєю мінімально допустимий струм. Ну, звісно, що це не повний перелік того, що треба враховувати, але він основні основне представлення, скажімо так, дає про те, чим ми керуємося, коли вибираємо акумулятор або батарею.
Speaker A
І тут іде такий собі процес моделювання енергії і потужності. Значить, в нас є так званий закон Пойкерта, ее, який нам говорить, що час, ее, служби батареї - це певна функція, е, від номінальної ємності батареї, так званої ємності пойкер, і
Speaker A
струму розряду. Причому струм розряду возводиться в степінь показника Пойкерта. Ну, для різних, скажімо так, джерел, для різних типів батареї або акумулятора використовуються різні ось ці показники.
Speaker A
Ее, тобто взагалі це рівняння, воно показує, що з розрядженням, значить, з більш швидким розрядженням, якщо в нас струн більш великий, та то акумулятор розряджається швидше і тоді, е-е, відповідно скорочується термін служби акумулятора до підзарядки. Ну і навпаки, звісно, що
Speaker A
розрядження з низькою швидкістю, воно підвищує ефективний час роботи батареї. Це мається на увазі служба батареї в ее без підзарядки. Без підзарядки.
Speaker A
Е-е ми бачимо, що тут нелінійність спостерігається в основному на початкових е-е стадіях розряду, да? А тут в нас струм розряду, да? Значить, на маленьких струмах ось в нас нелінійність. Ну, а якщо струм збільшується, то тут більше, ну, більше
Speaker A
лінійності спостерігається. Так, що в нас тут? Да. Ну, є в нас е-е в принципі в принципі вступна ємність.
Speaker A
Так, ну ладно. Значить, по цьому графіку є питання якісь? Ну ні, начебто ні. Да. Ну, тобто тут у нас струм розряду і як залежить від нього доступна ємність. Ось так. Тобто доступна ємність - це для нас по суті
Speaker A
еквівалент на часу роботи, який нам доступний на цій ємності. От, тобто ми бачимо, що, е-е, якщо в нас спочатку було там 100 Агоди ємність, то в залежності від того, з яком з яким струмом ми розряджаємо, нам буде е-е
Speaker A
доступна менша ємність, да? Тобто, якщо розряджати на низькому, ее струні, да, батарею, то нам доступно, наприклад, там близько 100 е ампер нагоди там або 90, скажімо так, для різних тут коефіцієнтів пойкерта. А якщо розряджати ту саму батарею там на 10 ах, то ми замість 100
Speaker A
вже отримаємо 80, а замість там 90 отримаємо взагалі менше 40 А. Тобто ви не отримаєте при 10 аперах розряду ту ємність, яка у вас там на самій батареї написана, да, або яку ми виміряли. Е, ємність залежить від того, на якому
Speaker A
струмі ви розряджаєте батарею. Ну і ось тут щодо щодо швидкості розряду батареї різних різних типів. Значить, тут у нас відсоток розряду йде по горизонталі.
Speaker A
Е-е і відповідно вольтаж, да? Тобто це графік, який іноді називають графіком рутоні, е-е, який дозволяє порівняти, як різні типи, е, батарей забезпечують тривалість енерго постачання і потужності, яку можна запасати, яку система може видавати.
Speaker A
Так. Да. Що ми тут бачимо? Літійонні батареї, як іде ее розряджання. Та, тобто ми бачимо, що на останніх відсотках розряду іде значне зниження е вольтажу батареї. То якщо спочатку ми мали 4 В на літій іонній батареї, то в
Speaker A
кінці буде падати аж до 2,5. свінцево-кислотні мають також подібну, хоча й більш згладжену криву, зменшення вольтажу. Ну ідмів ось таку форму приблизно.
Speaker A
Так, добре. Щодо тривалості, значить, яку забезпечують різні джерела живлення. Ось такий графік нам показує. Ось така діаграмка показує нам е-е для різних типів м батарей. Значить, е-е що ми отримаємо? Тут у нас щільність потужності по горизонтальній і щільність
Speaker A
енергії, яку ми маємо на виході. Ось у нас тут літій іонні, літій полімерні, там алкалайнові, свинцево-кислотні, є паливні елементи.
Speaker A
двашарові конденсатори. Все це можна використовувати в якості ранилища, да, тобто в якості сховища електроенергії.
Speaker A
Ну і ми бачимо, що чим більша в нас щільність потужності, тим, в принципі, меншу щільність електроенергії ми можемо отримати.
Speaker A
Значить, на сьогоднішній день м найбільш, мабуть, популярні - це літійонні батареї. Завдяки досить високій щільності енергії, вона по суті стала стандартним елементом живлення в майже будь-яких мобільних пристроях. Е, принцип роботи літійонної батареї, е-е, базується на тому, що іонлітію фізично
Speaker A
переміщається від'ємного електрона додатнього. Ну і а в процесі перезарядки оці іони повертаються в від'ємну область. Тобто іде такий іонний рух.
Speaker A
Літіонні батареї, як ми знаємо, е-е характеризуються старінням, тобто з часом іде втрата ємності відносно початкової після певного кіль певної кількості циклів перезарядки.
Speaker A
Ну, наприклад, типове значення після 1000 перезарядок, там втрата ємності 30% десь приблизно. Так, тобто погіршення майже напряму корелює із температурою, до речі, навколишнього середовища.
Speaker A
Тобто е-е чим більше в нас температура, тим скоріше будуть, е-е, зростати ось ці втрати. з перезарядкою.
Speaker A
Хоча, ее, морози це також погано для літвіонних акумуляторів і батарей, але ось при високій температурі відомий такий ефект.
Speaker A
Ну і ще один ее неприємний фактор при використанні літвіонних батарей - це саморозряд. Тобто в процесі експлуатації у батареї виникають е певні хімічні реакції, які призводять до втрати електроенергії, навіть якщо ви не використовуєте батарею, вона буде поступово розряджатися.
Speaker A
Звісно, що швидкість таких такої розрядки, вона залежить від складу хімічного е-е батареї, від температури.
Speaker A
І є такі зараз нові технології, які знижують, значно знижують декілька разів на порядки, да, знижують швидкість саморозряду. Можливо, зустрічали в продажу такі, е, в кожній компанії є своя торгова марка для таких акумуляторів, які, е, мають дуже-дуже знижений струм саморозряду.
Speaker A
Ось. Хоча вони мають, як правило, меншу ємність. Це також треба враховувати. Що стосується терміну служби, то для літійонних елементів це, як правило, близько 10 років.
Speaker A
Е-е порівняння для, е-е, лужних батарей приблизно 5 років термін служби. І, е, втрата ємності. Трата ємності для лужних елементів більша, ніж для літійонних і літій полімерних.
Speaker A
Ну і окремо про суперконденсатори. Значить, скажемо, що ее або іоністори їх називають, вони можуть зберігати енергію у великих обсягах. Це їх основна перевага.
Speaker A
Якщо порівнювати зі звичайним конденсатором, то він має щільність енергії приблизно 1 ват годин на кілограм, а іоністор десь від оного до 10 Втгодин на клог. Тобто по цьому параметру він якраз наближається до батарей, е-е, щільність енергії яких може досягати 200 Втгодин на клог.
Speaker A
Подібно до конденсаторів, зберігає енергію в електростатично заряджених пластинах і на відміну від акумулятора не використовує хімічне перенесення енергії. Е, значить, іоністори виготовляються з досить екзотичних матеріалів, наприклад, графену. Е, це, звісно, що впливає на їх вартість, тобто вони досить дорогі.
Speaker A
Ну, а основна перевага - це швидкість заряджання. Тобто до повного потенціалу вони заряджаються буквально за секунди.
Speaker A
В той час, ее, як зарядка літіонних батарей, ее вона відбувається м ну хоча б хоча б там десятки хвилин, да? Ну, є такі дуже швидка зарядка, да, там, яка за декілька хвилин дозволяє зарядити батарею там, наприклад, до половини там або до 75%.
Speaker A
Але, ну, скажімо так, тобто технології ее заряджання акумуляторів, вони вдосконалюються, але для суперконденсаторів все одно там воно, як правило, на порядки менша м значить швидкість зарядки. Тобто це швидкість зарядки, це їх основна перевага, да? М, ну і крім того, е, іоністор не
Speaker A
підлягає перезаряджанню, тобто літіонні обов'язково треба припиняти заряд, тому що при перезаряджанні починається, а-а, ну, починаються неприємні там руйнівні ефекти, а надлижковий заряд, ее, воністорах, він ні до чого не призводить, ні до яких неприємностей.
Speaker A
Ну, і розрізняють їх там два типи. Це електричні двошарові конденсатори і псевдоконденсатори, так звані. Значить, електричні двошарові виготовляються з активованого вугілля, а енергія зберігається у вигляді електростатичного потенціалу. Ну, а псевдоконденсатори в якості діелектрика використовують оксид металу, е-е, з якого виготовляються
Speaker A
обкладинки, а для збереження енергії використовується електрохімічний перенос заряду. Ну і ще одно однією перевагою іоністорів перед батареями є можливість точно передбачити час служби. Тобто залишковий об'єм енергії легко розраховується по напрузі на клемах іоніста і воно міняється з часом по простому закону. Е,
Speaker A
на відміну від літійонної батареї, ее, якої профіль напруги зберігається постійним, а оцінка м обсягів енергії, що залишилося, воно е-е змінюється, тобто маємо нелінійне розряджання.
Speaker A
Ну, а що стосується проблем іоністорів, то, в принципі, як і усі конденсатори, він має ее ток саморозряду і вартість.
Speaker A
Це ось проблема. Незважаючи на це, іоністори знаходять доволі широке застосування. Їх застосовують якраз в гібридних рішеннях, е, в комбінації зі звичайними батареями для того, щоб забезпечити, е, миттєву потужність ее наприклад в автомобілях, електроавтомобілях, коли вам треба розігнатися різко, да, вам
Speaker A
треба ось таке миттєва е-е енергія, да, у великих обсягах. І ось там якраз можуть іоністори застосовуватися. Ну, а вже коли ви виходите на звичайну транспортну потужність, да, там зі звичайною швидкістю починаєте їхати, то там вже переходить на звичайний акумулятор,
Speaker A
да? Значить, ну, ще, якщо говорити про м джерела енергії, є і інші варіанти. Є, наприклад, радіоактивні джерела енергії.
Speaker A
Е-е, вони характеризуються високою щільністю енергії, генерують теплову енергію внаслідок високої кінетичної енергії час, значить, частин, що вони випромінюють.
Speaker A
Ну, тобто це м базується на періоді полурозпаду. Значить, період полурозпаду таких джерел, так як це зі 137, наприклад, складає 30 років, а щільність потужності десь приблизно е 15 мВт/год.
Speaker A
Тобто цим методом можна генерувати е-е кіловат потужності, але для низькорівневих потужностей при розгортанні айт е ну скажімо так нечасто тут тут тут є проблемки. Хоча ці технології успішно застосовуються у великих апаратах, там в космічних апаратах, наприклад, вже застосовується
Speaker A
м протягом десятиліть. Вони застосовуються ее перспективно виглядають розробки з використанням п'єзоелектричних мікроелектромеханічних систем. Ее, ну, а стосовно вторинних ефектів радіоактивного розпаду являється відносно слабкий профіль потужності ее внаслідок тривалості періоду полурозпаду.
Speaker A
Ну, з іншого боку, такі радіоактивні, е, джерела подібно до іоністорів, здатні при необхідності забезпечити ось ту миттєву потужність.
Speaker A
Ну і ще вони характеризуються великою вагою. Це також важливо. Е-е і не завжди, звісно, що можна такі елементи застосовувати в інтернеті речей. Е, там часто м це називається свинець, да, свинець є такий, значить, метал. Ее, він використовується для
Speaker A
захисту від радіації і він багато важить. Тому так. Ну, що стосується резюме, е, вибір правильного джерела живлення має вирішальне значення для системи інтернету речей. Ее, в основному ми вибираємо між батареєю, акумулятором і іоністором.
Speaker A
Ось тут приблизно в нас зведена така таблиця по категорії, да, там щільність енергії, чим відрізняються батареї і іоністори, по кількості перезаряджання, по часу розряду, по температурі експлуатації. Ось можна порівняти, чим вони відрізняються. Значить, ее, Іоаністор бачимо, да, видає, ее, велику
Speaker A
потужність за секунди. Там треба отримати ту саму миттєву потужність, так? І можна необмежену кількість разів перезаряджати. Робоча напруга от від одного до 3х Вльтів.
Speaker A
Зміна напруги лінійна або експонентна. От швидкість зарядки дуже швидка, але вартість висока. Ось так.
Speaker A
Так, ну що ж, які питання є? По живленню немає питань? Немає. Ні. Ну добре. Значить, ми з вами розглянули е-е декілька тем. Значить, розглянули, які датчики е взагалі використовуються в системах інтернетурешей. Звісно, що це неповний перелік. Ми познайомимося з
Speaker A
більш докладно з цим на другій лабораторній роботі. Ось, ее, які, е, актуатори і пристрої виведення можуть використовуватися і що взагалі це потрібно, да? Значить, що там потрібно якось інформацію з датчика перетворювати обробляти перетворювати на керуючу інформацію, далі генерувати
Speaker A
відповідні сигнали управління. Ну і певні питання енергоживлення, оскільки вони також знаходяться, як правило, на краю всієї цієї системи, значить, відповідно, ми їх розглянули ось у такому комплексі.
Speaker A
Ну, а далі далі, е-е, давайте перейдемо до розгляду, е, систем автоматичної ідентифікації. Так, ну-ка секундочку.
Speaker A
Да, до речі, ми будемо ще повертатися до м питань енергоживлення, енергоспоживання. Ну, тому що це питання, воно по суті проходить такою червоною ниткою через усі етапи проектування, функціонування.
Speaker A
і засто систем інтернету реше і при застосуванні різних технологій. Ну добре, просто значить так.
Speaker A
Добре. H чку О. Так, ну добре. Значить, давайте наступну тему. Це в нас буде си системи автоматичної ідентифікації. Е-е, значить, ось пристрої, які знаходяться на краю, да? Тобто датчики, там кінцеві пристрої, е, пристрої, якими ми управляємо. Е-е, ними треба якось
Speaker A
управляти, да, їх треба якось ідентифікувати. Е-е, тут є, в принципі, різні, е-е, підходи до того, як побудувати ось цю автоматичну ідентифікацію.
Speaker A
Ее, значить, тобто, в принципі, ми бачимо, що ми можемо наносити, наприклад, на м наші коробки, наприклад, кудись, да, на там на товари, штрих-коди можемо наносити. І так активно це використовується вже досить давно.
Speaker A
Значить, всі штрихкоди ці нам добре знайомі. Ее, можемо наносити QR-коди. Так, е, можемо наносити якісь там чипкарти використовувати, можемо накладати, наліплювати фідмітки, можемо використовувати біометричні способи, якщо це пов'язано з ідентифікацією людей, тобто, ну, там або тварин, ну, частіше людей, да,
Speaker A
ідентифікація по голосу, ідентифікація по відбитках пальців, по обличчю. Тобто все це спрямовано на те, щоб відрізняти одні об'єкти від інших. Ось і система інтернету речей якраз може завдяки цим автоматичним способам ідентифікації якраз розрізняти ці об'єкти і якось далі там
Speaker A
ее інтегрувати дані з них у якусь базу, далі з нею працювати і так далі. Тобто будуються ці системи автоматичної на різних принципах. І одним з цих принципів принципів є якраз радіочастотна ідентифікація і технологія RFIT.
Speaker A
Е, взагалі ее термін радіочастотної ідентифікації - це загальний термін. Він використовується взагалі для тих систем, які бездротовим шляхом з використанням радіохвиль можуть зчитувати ідентифікаційний номер якогось предмету або людини. Це досить така широка галузь технологій, ее хоча вона є частиною
Speaker A
ось цієї загальної сфери автоматичної ідентифікації. Ее завдяки цим технологіям ми можемо скорочувати час, як який витрачається на е-е ручне, наприклад, на якщо нам треба щось там помітити, пронумерувати, є варіант вручну, а є можливість ось через ці системи автоматичної ідентифікації.
Speaker A
Деякі такі технології е-е вимагають участі людини. Наприклад, треба людині підійти там і за допомогою сканера считати той штрих, код або QR-код, а деякі автоматично побудовані, щоб можна було без участі людини считати, передати дані в комп'ютерну систему і в
Speaker A
реальному масштабі часу обробити. Е, використовується це, ну, дуже-дуже в багатьох сферах. Е-е, тепер по тому, як влаштована система RFIT. Значить, будь-яка система складається з рідера або зчитувача іфід міток невеликих таких ідентифікуючих пристроїв.
Speaker A
Як правило, вони побудовані на так званих резонансних LC-контурах. Тобто в нас є катушки, от вони резонансні, да? є контролер і є ось електрично е-е, як це називається, тобто стирати та стирательне стирательний пристрій перепрограмований.
Speaker A
Значить, це по суті пам'ять, яку мо можна електрично змінювати. Ось вміст цієї пам'яті, він якраз і є, значить, по суті, цим унікальним номером, який дозволяє відрізняти кожну мітку. Тобто він є унікальним для мітки і якраз він і дозволяє ідентифікувати ее
Speaker A
те, на що ми цю мітку наліпили. Тобто там об'єкт якийсь, коробка, предмет там або людина. Буває і таке, що в людини є ця мітка.
Speaker A
Ось, значить, ну, а зчитувач, він має згенерувати електрохвилю. В нього для цього є генератор відповідний. Е-е, більшість систем Rфіт побудовані таким чином що е-е значить, коли генерується ось ця хвиля, то єдина мітка має знаходитися в полі цієї генерації. Тобто ось ця єдина мітка
Speaker A
зчитує цей сигнал і ее значить вона по суті е-е потім передає вміст цієї пам'яті є пром на считувач назад.
Speaker A
Ну, тобто мітка отримує за допомогою ось цього випромінення з генератора отримує електричну енергію і завдяки цій енергії якраз і відбиває радіохвилю тієї самої частоти е-е яка формується. Ось тут є такий індукований зв'язок називається, і він, е-е, якраз модулюється, цей сигнал
Speaker A
індикований модулюється з використанням вмісту цієї пам'яті. Тобто зчитувач приймає цей сигнал, демодулює, декодує його і отримає зміст пам'яті мітки.
Speaker A
Тобто один і той самий сигнал, що генерується генератором стютвача, він призведе до того, що кожна мітка свій варіант сигналу йому своїм варіантом сигналу йому відповість. А далі цей зміст пам'ятки вже пам'яті мітки вже аналізується. І далі ми перевіряємо,
Speaker A
ее, що за мітку ми зараз тільки що просканували. Тобто це безконтактне важливо, що це безконтактна взаємодія між зчитувачем і міткою. Ее і мітки не вимагають джерела живлення. В принципі, існують мітки, які використовують власне джерело, але в більшості випадків ми
Speaker A
маємо справу якраз з мітками без власного джерела електроенергії. Вони відповідно менші за розміром, вони більш дешеві і це їх велика перевага.
Speaker A
Якщо в полі зчитувача буде знаходитися не одна, а, наприклад, дві мітки, то обидві вони будуть випромінювати свій сигнал. І тоді, ее, ну, скажімо так, ее в більшості розроблених систем звітувач не зможе коректно розпізнати ось цю мішанину.
Speaker A
Тобто перша мітка відповість, одночасно, друга мітка відповість. І ось ця мішанина двох сигналів, вона не зможе бути правильно декодована.
Speaker A
Хоча ця проблема існує давно і в принципі є певні напрямки подолання цієї проблеми. Ее, ну, наприклад, використовуються вже розроблені такі спеціальні протоколи, ее, які дозволяють розділяти ці два сигнали. Тобто вони будуть одночасно випромінюватися, але завдяки спеціальному протоколу вони будуть
Speaker A
розділятися. Ну, це, скажімо так, це ускладнює е-е реалізацію зчитувача і реалізацію самої мітки. Тому, ну, скажімо так, те, що масово зараз е ми використовуємо, воно розраховано на одночасно, тобто на одну мітку в полі генерування зчитувачем.
Speaker A
Дві мітки одразу не заводяться в зону зчитувачем, да? Ну і другий підхід, він побудований на тому, що генератор буде генерувати декілька сигналів на різних частотах, а мітки використовують різні частоти. Ну, знов таки, це ускладнення цієї системи, а вона якраз приваблива своєю простотою.
Speaker A
Сама по собі ця технологія використовується досить давно вже ее є різні е-е значить системи, які розраховані на різні відстані. Значить, е, взагалі, яка зона, да, охоплюється цим зчитувачем? Є системи ближньої ідентифікації, де зчитування відбувається на відстані до 20 см. Ну, як правило, це декілька
Speaker A
сантиметрів. Ось такі, наприклад, безконтактні е-е ключі, да, для входу. От ви входити в під'їзд, да, значить, у вас є ключ. Він, по суті, представляє собою ось ту е-е безконтактну мітку. Ну, там треба її притиснути, але важливо, що між зшитувачем і міткою все одно буде
Speaker A
відстань певна. Тобто там не за рахунок електричного контакту відбувається, да, а за рахунок того, що ви просто наблизили ее цей, значить, мітку до зчитувача. Так, є ідентифікатори середньої дальності, які вже можуть більше 20 см, ее, ну, скажімо так, до
Speaker A
декількох метрів вони працюють. Ну, наприклад, е, ви проходите через рамку в магазині, ось там стоять світувачі міток, які працюють на відстані більше ніж 20 см. Ну і існують навіть системи дальньої ідентифікації. Більше ніж 5 м і на рівні навіть десятків метрів вони
Speaker A
можуть працювати. Е-е до десь 2010х років е-е ця технологія існувала, але мітки коштували доволі дорого.
Speaker A
Тоді лише невеликий, в тому сенсі великі невелика частина великих компаній могла дозволити собі використання цих фідмі міток.
Speaker A
Ее і часто вони використовувалися як багато багато разові, да? Тобто одну мітку ви її просканували, ви потім її відклеїли і наклеїли на інший на інший, значить, товар. Багатократне використання.
Speaker A
Е, ну, а сучасніфітки, вони якраз часто є одноразовими. Тобто ви покупляєте, наприклад, товар в магазині, там мітка наклеєна, ви можете її викинути. В принципі, вони коштують дешево і це не проблема.
Speaker A
Скажімо так, вигода від їх використання, вона більша, аніж від вартості самої RФ відмітки. Звісно, що використання цих систем найбільш актуально для компаній, які приймають участь в в процесі виробництва, в процесі постачання і реалізації товарів. Ее спрощується проведення інвентаризації товарів на
Speaker A
складах, ее спрощуються їх прийоми і відвантаження цих товарів. Ну і завдяки наявності міток і зчитувачів, а також спеціального комп'ютерного обладнання, стало можливим створювати великі бази даних по обліку і руху товару ось на виробництвах і складах.
Speaker A
По своєму функціоналу метод збирання даних на основі орфікміток ее дещо схож на технологію штрихкодів, яка широко застосовується при маркуванні товарів, хоча і надає свої переваги. Ось отут у нас зведена є табличка, яка порівнює, е, характеристики системи RFIT із
Speaker A
системами на базі штрих-кодів. Е-е, ну, штрих-коди, вони по подібні до QR-кодів. В принципі, тут багато спільного, хоча QR-коди вони, е, більшу інформацію, тобто е-е штрих-коди вони, е-е, значить, як це називається, об'єм пам'яті, ее, лише до 100 байтів, да? У
Speaker A
QR-кодів це може бути більше, у RF міток десь до 10 кб. Далі штрих-коди вимагають прямої видимості і освітлення. Да, щоб ви бачили цей штрих-код, камеру на нього навели. А Rфідмітка це не обов'язково і в темряві працюють.
Speaker A
Прямої видимості не немає необхідності. Можна перезаписувати е-е дані врфімітках часто, да? Тобто ви можете, наприклад, ключі перепрограмувати. У вас є ключ, який відкриває одну парадну. Ви можете його програмувати, перепрограмувати на іншу, щоб іншу двер відкрити. Е, дальність реєстрації. Ну, тут залежності
Speaker A
від технології. Ми сказали, що є технології на різну довжину розраховані. Значить, швидкість, це дуже важливо, що можна одразу багато міток за одиницю часу просконувати. Не одночасно, але швидко. Ось це важливо. От стійкість до впливів довкілля підвищена. Wфіт.
Speaker A
Термін життя мітки великий, безпека велика, робота при пошкодженні мітки, на жаль неможлива. Ідентифікація об'єктів, що рухаються, це важливо для багатьох систем. Ее, на жаль, є схильність до електромагнітних перешкод. Ну, тому в таких системах так їх роблять, щоб не було, щоб
Speaker A
мінімізувати ось ці зовнішні якісь електромагнітні впливи. Так, можливість введення в тіло людини, в принципі, навіть можлива сьогодні ці рмітки, можуть бути маленькі дуже. Е-е, ну і вартість в них відносно висока порівняно із штрихкодами. Хоча, якщо брати систему, да, значить вам же ж не
Speaker A
тільки штрихкод сам по собі нужен, да, так вам потрібно іщо іще і камера, яка буде зчитувати, вона вже дорожче вартою.
Speaker A
Тому тут треба було б порівнювати не саму мітку, да, а систему на базі штрихкові.
Speaker A
Ну, тут так. Е-е камери зараз дуже розповсюджені, тому мабуть система сама по собі на базі штрихкоду все ж таки вартувати менше, аніж системи на основі арфімітки.
Speaker A
І вартість е-е всієї системи, вона залежить від кількості цих рфідміток. У вас може бути один зчитувач і багато міток. І це тоді багато міток. Так як оскільки RФмітка сама по собі дорожча за штрихкод, да, то відповідно вартість цієї системи буде зростати.
Speaker A
Так, ну добре. Значить, ее пара наша, здається, підійшла до кінця. Питання, які є? Поки питань нема.
Speaker A
Поки питань нема. Значить,
Topics:IoTживленняенергоспоживаннядатчикиАЦПінфрачервоний датчиквідтворення електроенергіїбюджет енергоспоживаннягнучкі системи живленнярадіочастотний сигнал
