Le captage d'énergie offre des avantages importants pour le développement et l'amélioration de l'Internet des Objets. Il s'agit d'un composant essentiel pour créer une classe améliorée d'applications autonomes et mobiles qui peuvent fonctionner pendant des périodes beaucoup plus longues sans avoir besoin de recharger la batterie. Cela entraîne également des économies de coûts en retardant considérablement le remplacement de la batterie, ce qui coûte souvent plus que la batterie elle-même. Le captage d'énergie est un élément clé pour amener l'intelligence à la périphérie et l'IdO dans un monde de nouveaux endroits et applications. Analog Devices peut aider les entrepreneurs avec des solutions de captage d'énergie grâce au programme de certification Arrow.
Activer la puissance au nœud
Pour commencer, découvrons la configuration d'un système de captage d'énergie. Tout d'abord, un transducteur de captage d'énergie convertit l'énergie ambiante en puissance captée. Ensuite, une unité de gestion de la puissance, ou PMU, convertit cette énergie captée en puissance utilisable. Le stockage d'énergie est le troisième pilier du projet de génération de puissance à partir du captage d'énergie. Le stockage est utilisé comme un tampon d'énergie pour collecter de l'énergie pour les besoins de puissance du nœud du capteur, y compris la détection, le traitement des données et la transmission radio.
Afin de concevoir plus efficacement un système auto-alimenté, il est préférable de commencer avec une estimation de la quantité de puissance pouvant être captée à partir de l'énergie disponible. Dans le cas des systèmes photovoltaïques, il s'agit de l'énergie lumineuse disponible. Si vous utilisez un récolteur thermoélectrique, une mesure du gradient de température qui peut être développé est nécessaire, alors que dans le cas d'un captage de vibrations, aussi bien le niveau d'accélération que la fréquence de vibration sont nécessaires pour développer un système auto-alimenté efficace. Un type de récolteur est sélectionné en fonction de l'énergie ambiante disponible. Ensuite, l'équation de l'équilibre énergétique entre en jeu. Le nœud de capteur est conçu en gardant à l'esprit le budget énergétique. Des techniques de conception de systèmes à ultra basse consommation sont utilisées pour réduire les besoins énergétiques du nœud de capteur. Le dimensionnement du récolteur et le stockage et la conception du nœud de capteur ont tendance à être un processus itératif.
Il existe encore des obstacles à surmonter lorsqu'on utilise cette nouvelle forme de technologie. Les sources d'énergie intermittentes et à faible niveau peuvent affecter quand et combien d'énergie peut être captée. En même temps, la demande de plus de fonctionnalités au niveau du nœud et la transmission de volumes élevés de données créent un drain important sur la puissance disponible.
Analog Devices propose des solutions à très faible consommation qui suppriment ces obstacles, afin d'aider les ingénieurs à concevoir et à créer une nouvelle classe d'applications de captage d'énergie à haute performance et à faible consommation.
Analog Devices dispose d'une suite de PMUs qui offre une conversion de puissance très efficace et une utilisation de stockage hautement optimisée, tout en consommant très peu de courant en mode dormant. Le régulateur de tension ultra faible ADP5091 (PMU), exploite efficacement et convertit la lumière ambiante « intérieure ». En fournissant une conversion efficace (aussi basse que 10 μW) avec des pertes en-dessous du μW. Il améliore également la détection de tension en circuit ouvert pour une extraction optimisée.
Un autre PMU similaire est le convertisseur élévateur d'ultra basse tension et gestionnaire d'alimentation LTC3109. Le LTC3109 est conçu pour des applications avec des sources d'alimentation intermittentes et à faible niveau, où la faible exigence de tension d'entrée est critique, comme par exemple, les générateurs thermoélectriques, les thermopiles ou les petites cellules solaires.
Le LTC3331 est conçu pour permettre la récupération multimode à partir de deux sources, ce qui permet de capter de l'énergie supplémentaire dans un environnement particulier. De plus, des sources CC telles que les cellules solaires ou les générateurs thermoélectriques peuvent être couplées à un récolteur piézoélectrique haute tension pour maximiser l'énergie captée.
Au-delà du captage : activer l'intelligence au nœud
À l'heure actuelle, l'industrie connaît un changement de paradigme dans les dispositifs capteurs périphériques : les dispositifs informatiques périphériques à faible consommation progressent plus rapidement que les dispositifs cloud avec la capacité amener l'intelligence ainsi que la connectivité à la périphérie. En conséquence, les données collectées à partir d'entrées multiples peuvent être fusionnées en un seul processeur. Par exemple, un système de surveillance de la qualité de l'air extérieur pourrait avoir plusieurs capteurs de gaz et des capteurs de particules dans un nœud de capteur commun.
Les avantages à tirer parti des nœuds périphériques intelligents sont importants. Tout d'abord, avec un filtrage intelligent et une prise de décision à la périphérie, la consommation est plus faible, car il y a peu besoin de transmission de données à forte consommation vers le cloud. Il y a aussi une latence réduite. Lorsque l'information est traitée au nœud, elle peut produire des informations significatives plus rapidement que l'envoi de grandes quantités de données vers le cloud où il faut plus de temps pour trier, analyser et produire des résultats.
Applications de villes intelligentes
En réduisant le besoin de maintenance et de remplacement de la batterie, le captage d'énergie peut aider à amener la détection intelligente aux sites distants ou difficiles d'accès dans les infrastructures municipales. Par exemple, les garde-fous peuvent être équipés de capteurs ADXL372 qui peuvent détecter un impact. Ces informations peuvent être traitées localement et ensuite communiquées à un agrégateur pour alerter les premiers intervenants. Cela peut apporter l'aide nécessaire plus tôt et peut-être sauver plus de vies.
En outre, grâce à la technologie de captage d'énergie, de multiples capteurs et processeurs peuvent être déployés sur des kilomètres de route sans nécessiter une maintenance de batterie fréquente et coûteuse.
Les compteurs utilitaires est un autre domaine où les nœuds intelligents peuvent jouer un rôle avantageux. À l'aide d'un réseau de maillage équipé de compteurs équipés de radios à consommation ultra faible, un seul camion peut recueillir des données sur l'ensemble du réseau de compteurs simplement en passant devant un. Cela peut réduire considérablement les heures-homme nécessaires à la collecte d'informations de facturation.
Applications de fabriques intelligentes
Une détection de consommation ultra faible peut également générer des avantages pour la surveillance de conditions industrielles. Combining the l'accéléromètre à très faible bruit ADXL357 avec l'ADuCM3029 pour le traitement des nœuds périphériques, traite les données de vibration via une FFT embarquée pour faciliter la maintenance préventive et détecter les signaux d'avertissement. Ces informations peuvent aider le personnel d'usine et de fabrique à prendre des mesures correctives très tôt pour éviter des pannes et des temps d'arrêt coûteux.
Alors que l'informatique dématérialisée (cloud computing) prend beaucoup d'importance dans l'IdO, un nombre croissant d'entrepreneurs et de développeurs de produits reconnaissent la puissance et la valeur de la collecte et du traitement de l'information à la périphérie. Il est important de se rappeler, cependant, qu'une détection omniprésente dans des environnements riches en données n'est possible que lorsque le coût pour maintenir ces solutions de détection est faible par rapport à la valeur des données résultantes. Au cœur de cela, se trouvent le captage et la gestion de l'énergie. La gamme de microcontrôleurs et de capteurs à très faible consommation d'Analog Devices permet un traitement efficace au nœud, ce qui permet à d'autres systèmes de détection d'être autonomes. En employant des nœuds de capteurs auto-alimentés dans ces environnements, il est possible d'obtenir une solution dont le coût total de possession est faible, ce qui rend possible la détection dans des zones qu'auparavant étaient jugées inexploitables et, finalement, résolvant des problèmes qui ne pouvaient être résolus auparavant.