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设计你的物联网设备的电池寿命
物联网工程师有几个策略来延长电池寿命的设备,如能量收获,省电模式和高效的硬件设计。
自从天凯文·艾什顿创造了这个词的“物联网”,物联网快速扩展,以满足多样化的需求。医疗设备、智能电表、连接汽车、智能农业、智能基础设施——你的名字该应用程序,这是一个物联网传感器可以发挥作用。这种应用程序是无穷无尽的。物联网已经成为互联网的东西。
全球连接设备的数量将达到大约500亿到2030年,Statista在最近的一份报告中估计。这些设备或系统将相互交谈,获取和分析数据并将其发送到云存储或进一步处理。进一步,有兴趣增加人工智能处理的优势,做一个聪明的设备甚至更聪明。
日益增长的需要智能设备上的应用程序和数据处理设备设计师创造了一个挑战:如何获取更多的电池。延长削减或消除需要更换电池的维护成本和使物联网设备的竞争优势。更重要的是,追求更低的能耗是普遍的在整个设备设计周期。电池供电的物联网设备需要远程工作,单纯依赖小电池。
设计工程师将想方设法节约能源平衡积极功能和深度睡眠模式;然而,这种方法有局限性。一些衣物,尤其是智能医疗设备——例如心脏起搏器需要确定电路部分是活跃的连续监测。活跃的部分电路必须在任何时候,即使其他功能处于深度睡眠模式。该活动限制了电池的寿命。电路设计需要弥补这个限制,以满足电池寿命要求的应用程序。设计师还面临挑战与物联网设备,需要持续的无线连接,这冲突要求延长电池的寿命。无线通信的权力通常是最大的消费活动的设备。
幸运的是,有许多技术,使电子电路功率效率更高,同时延长电池寿命。
能量收获
能量收集方法收集能源的环境并将它转换成能源,电力电子电路。从外部环境中获取能量的方法包括热电转换,太阳能转换、风能转换,无线电频率(RF)信号和振动激励。
射频能量收获捕捉环境电磁能量并将其转换成一个可用的连续电压直流(DC)与天线和一个整流电路。周围环境中的射频能量的存在源于许多高频技术,包括wi - fi信号,微波炉和无线电广播。振动激发的能量来自于微妙的地板的振动,机械或汽车底盘。隔离环境能量的方法差别很大,这取决于可用的频率和振幅能量。今天,几家公司创建的能量采集芯片,消除了低功耗的需要更换电池的物联网设备。
无线标准
无线连接标准、细胞和非细胞的发展特性和优化技术来帮助最大化物联网设备的电池寿命。无线标准,如LTE-M和802.11无线局域网,省电模式和扩展等特性不连续接收来降低功耗。
省电模式允许将物联网设备在睡眠或打瞌睡的状态,在一个固定的时间起床只传输和监控数据之前回到睡眠,同时剩余的注册的网络。设备和网络进行谈判和优化时机根据应用程序的需求。因为物联网设备是不活跃在省电模式,功耗较低,有助于延长电池寿命。
扩展不连续接收可以纳入物联网设备作为一个扩展LTE功能,独立工作的省电模式来获取额外的电能节约。功能大大扩展了时间间隔期间,一个物联网设备不是听网络。虽然它不提供相同级别的功率降低,省电模式,扩展不连续接收可能是一个好的设备可达性和能耗之间的妥协。
设备设计
电子线路设计工程师努力使更多的能量效率。特定的硬件设计,软件或固件的变化会导致电路画更多的权力,让它更少的能量效率。物联网设备功耗可能与不同气候条件不同。设计师通常分析物联网设备消耗功率在不同的场景中通过捕获和打破功耗硬件子系统。从那里,他们可以识别必要的设计修改优化电池寿命。他们必须重复这些步骤来分析和验证每个设计变化的影响。
这个过程被称为基于事件的能耗分析。设计师需要相关费用消费资料的射频或直流事件子系统。所述,流程优化装置设计可以是困难和耗时。设计师需要模拟环境,捕捉和比较目前的消费数据,进行设计更改。他们可能还需要再次重复这个过程。举个例子,一个罗拉智能农业传感器应用。提高电池寿命估计,设计师需要捕捉的动态电流消耗传感器在室操作状态之间的转换和模拟温度曲线。通过数据日志,设计师可以计算电池寿命根据charge-consumption概要文件和决定电路的一部分,软件或固件,需要改进。
产品在市场上可以帮助减少测试开发和测试时间和容易估计一个物联网设备的电池寿命,所以设计师们可以花更多的时间在什么是最重要的:设备设计。
大多数人可以与焦虑引起的低手机电池。物联网设备也不例外,无论是smartwatch,医疗设备或农业智能传感器的应用。电池运行时的最重要标准之一,影响最终用户的购买决定。它可以给你的物联网设备竞争优势或破坏你的品牌的声誉。幸运的是,可用的技术和解决方案可以帮助产品制造商和设备设计者有效地管理能力做出合理的决策,优化物联网设备的电池寿命。
关于作者
珍妮特Ooi认为是领导Keysight物联网行业和营销解决方案。她于2003年毕业于多媒体大学与业务主修通信工程电子与荣誉。她在英特尔作为前五年的工艺和设备工程师加入安捷伦科技——现在被称为Keysight技术——在2008年作为一个产品营销工程师。自那以后,珍妮也在产品管理、业务开发和市场分析师的角色。
