در دوران اینترنت اشیاء (IoT) ، تقاضا برای سیستم های برق تعبیه شده با کارآیی با قدرت بالا رفته است. من به عنوان یک تأمین کننده سیستم قدرت تعبیه شده ، من نقش مهمی را که این سیستم ها در تضمین عملکرد یکپارچه دستگاه های IoT ایفا می کنند ، می فهمم. در این پست وبلاگ ، من برخی از استراتژی ها و ملاحظات کلیدی را برای طراحی یک سیستم برق تعبیه شده با کارآمد برای دستگاه های IoT به اشتراک می گذارم.
درک نیازهای برق دستگاههای IoT
قبل از غواصی در فرآیند طراحی ، درک روشنی از نیازهای قدرت دستگاههای IoT ضروری است. دستگاه های IoT در شکل ها و اندازه های مختلفی با ویژگی های مختلف و پروفایل های مصرف برق قرار دارند. برخی از دستگاه ها ، مانند سنسورهای هوشمند ، ممکن است برای دوره های طولانی با قدرت کم کار کنند ، در حالی که برخی دیگر مانند دروازه های صنعتی IoT ممکن است برای انجام کارهای پردازش و ارتباطی داده ها به قدرت بیشتری نیاز داشته باشند.
برای طراحی یک سیستم قدرت تعبیه شده با کارآمد ، ما باید در شرایط عملیاتی مختلف الگوهای مصرف برق دستگاههای IoT را تجزیه و تحلیل کنیم. این شامل شناسایی نیازهای اوج انرژی ، مصرف متوسط انرژی و مصرف انرژی آماده به کار است. با درک این الزامات ، می توانیم اجزای قدرت مناسب را انتخاب کنیم و یک سیستم قدرت را طراحی کنیم که ضمن به حداقل رساندن زباله های انرژی ، نیازهای دستگاه را برآورده کند.
انتخاب اجزای قدرت مناسب
یکی از مهمترین مراحل در طراحی یک سیستم قدرت تعبیه شده با کارآمد ، انتخاب اجزای قدرت مناسب است. این شامل منبع تغذیه ، تنظیم کننده های ولتاژ و دستگاه های ذخیره انرژی است.
منبع تغذیه
وقتی صحبت از منبع تغذیه دستگاه های IoT می شود ، گزینه های مختلفی در دسترس است ، از جمله منبع تغذیه خطی ، منبع تغذیه سوئیچ ، ومنبع تغذیه ارتباطی 6 کیلوواتبشر منبع تغذیه سوئیچ به دلیل راندمان بالا و اندازه جمع و جور ، اغلب انتخاب مورد نظر برای دستگاه های IoT است. آنها می توانند ولتاژ ورودی را با حداقل از بین رفتن انرژی به ولتاژ خروجی مورد نظر تبدیل کنند و آنها را برای دستگاه های باتری ایده آل می کنند.
تنظیم کننده های ولتاژ
تنظیم کننده های ولتاژ برای حفظ ولتاژ خروجی پایدار بدون در نظر گرفتن تغییرات در ولتاژ ورودی یا جریان بار استفاده می شوند. دو نوع اصلی تنظیم کننده ولتاژ وجود دارد: تنظیم کننده های خطی و تنظیم کننده سوئیچینگ. تنظیم کننده های خطی ساده و ارزان هستند اما از تعویض تنظیم کننده ها کارآمدتر هستند ، به ویژه هنگامی که تفاوت زیادی بین ولتاژهای ورودی و خروجی وجود دارد. از طرف دیگر ، تنظیم کننده های تعویض پیچیده تر هستند اما راندمان بالاتری را ارائه می دهند و می توانند طیف گسترده تری از ولتاژهای ورودی را کنترل کنند.
دستگاه های ذخیره انرژی
دستگاه های ذخیره سازی انرژی ، مانند باتری ها و ابررسانا ، برای دستگاه های IoT که نیاز به نیروی پشتیبان دارند یا نیاز به کار در مناطقی با دسترسی محدود به شبکه برق دارند ، ضروری هستند. هنگام انتخاب یک دستگاه ذخیره انرژی ، مهم است که عواملی مانند چگالی انرژی ، راندمان بار/تخلیه و عمر چرخه را در نظر بگیرید. باتری های لیتیوم یون به دلیل چگالی انرژی زیاد و عمر چرخه طولانی ، یک انتخاب محبوب برای دستگاه های IoT است.
اجرای تکنیک های مدیریت انرژی
علاوه بر انتخاب مؤلفه های قدرت مناسب ، اجرای تکنیک های مدیریت انرژی برای طراحی یک سیستم قدرت تعبیه شده با کارآیی بسیار مهم است. در اینجا برخی از تکنیک های متداول مدیریت انرژی که می توانند در دستگاه های IoT استفاده شوند:
حالت های خواب
بیشتر دستگاه های IoT زمان قابل توجهی را در حالت آماده به کار یا حالت خواب می گذرانند ، جایی که آنها انرژی بسیار کمی مصرف می کنند. با اجرای حالت های خواب ، می توانیم میزان مصرف برق دستگاه را کاهش داده و عمر باتری آن را افزایش دهیم. حالت های خواب را می توان در سطح سخت افزار اجرا کرد ، مانند قرار دادن میکروکنترلر در حالت کم مصرف یا در سطح نرم افزار ، مانند خاموش کردن لوازم جانبی غیر ضروری.
ولتاژ پویا و مقیاس گذاری فرکانس (DVF)
DVFS تکنیکی است که به میکروکنترلر اجازه می دهد تا ولتاژ و فرکانس خود را بر اساس بار کار تنظیم کند. با کاهش ولتاژ و فرکانس هنگام بیکار بودن دستگاه یا انجام کارهای با شدت کم ، می توانیم بدون قربانی عملکرد ، مصرف برق میکروکنترلر را کاهش دهیم.
دروازه بان
گیت برق تکنیکی است که شامل خاموش کردن منبع تغذیه به اجزای یا مدارهای بلااستفاده است. با خاموش کردن انتخاب اجزای مورد نیاز ، می توانیم مصرف برق کلی دستگاه را کاهش دهیم. دروازه برق را می توان در سطح سخت افزار ، مانند استفاده از سوئیچ های برق یا در سطح نرم افزار ، مانند غیرفعال کردن لوازم جانبی استفاده نشده اجرا کرد.
طراحی برای کارآیی در سطح سیستم
علاوه بر انتخاب مؤلفه های قدرت مناسب و اجرای تکنیک های مدیریت انرژی ، طراحی برای کارآیی در سطح سیستم نیز مهم است. این شامل بهینه سازی طرح مدار ، کاهش ظرفیت و مقاومت انگلی و به حداقل رساندن مصرف برق رابط ارتباطی است.
چیدمان مدار
طرح مدار سیستم قدرت تعبیه شده می تواند تأثیر قابل توجهی در کارآیی آن داشته باشد. با به حداقل رساندن طول آثار قدرت ، کاهش تعداد VIA ها و استفاده از تکنیک های مناسب برای زمین ، می توانیم خازن انگل و مقاومت مدار را کاهش دهیم که می تواند باعث بهبود کارایی سیستم قدرت شود.
رابط ارتباطی
رابط ارتباطی یکی از اجزای گرسنه قدرت در یک دستگاه IoT است. با انتخاب یک پروتکل ارتباطی کم قدرت ، مانند بلوتوث کم انرژی (BLE) یا Zigbee و بهینه سازی تنظیمات ارتباطی ، می توانیم مصرف برق رابط ارتباطی را کاهش دهیم.
تست و اعتبار سنجی
پس از طراحی سیستم برق تعبیه شده با قدرت ، آزمایش و اعتبارسنجی عملکرد آن مهم است. این شامل اندازه گیری مصرف برق دستگاه در شرایط مختلف عملیاتی ، تأیید ولتاژ خروجی و جریان و بررسی کارایی سیستم قدرت است.
با آزمایش و اعتبار سنجی سیستم قدرت ، می توانیم هرگونه مسئله یا زمینه ای را برای بهبود شناسایی کرده و تنظیمات لازم را برای بهینه سازی عملکرد آن انجام دهیم.
پایان
طراحی یک سیستم برق تعبیه شده با کارآمد برای دستگاه های IoT یک کار پیچیده اما با ارزش است. با درک نیازهای برق دستگاههای IoT ، انتخاب مؤلفه های قدرت مناسب ، اجرای تکنیک های مدیریت انرژی ، طراحی کارآیی در سطح سیستم و آزمایش و اعتبار سنجی عملکرد سیستم قدرت ، می توانیم یک سیستم قدرت ایجاد کنیم که ضمن به حداقل رساندن ضایعات انرژی ، نیازهای دستگاه های IoT را برآورده کند.
به عنوان یکسیستم قدرت تعبیه شدهتأمین کننده ، ما متعهد هستیم که سیستم های قدرت تعبیه شده با کیفیت و با کیفیت بالا را که نیازهای خاص آنها را برآورده می کند ، در اختیار مشتریان خود قرار دهیم. اگر شما علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات ما هستید یا در مورد طراحی یک سیستم برق تعبیه شده با کارآمد برای دستگاه های IoT خود سؤالی دارید ، لطفاً برای بحث بیشتر و تهیه بالقوه با ما تماس بگیرید.
منابع
- "تکنیک های مدیریت انرژی برای دستگاه های IoT" ، معاملات IEEE در الکترونیک صنعتی.
- "طراحی سیستم های تعبیه شده با انرژی برای برنامه های IoT" ، معاملات ACM در سیستم های محاسباتی تعبیه شده.
- "پروتکل های ارتباطی کارآمد برای IoT" ، مجله برنامه های کاربردی شبکه و رایانه.
