211service.com
Sensori bez baterijām
Daži tehnologi uzskata, ka nākotnē visur tiks iegulti šķietami neredzami datori, kas apkopos datus par vidi un padarīs tos noderīgus lēmumu pieņēmējiem. Viens no veidiem, kā panākt šāda veida visuresošu skaitļošanu, ir izkliedēt sīkus sensorus, kas mēra, piemēram, gaismu, temperatūru vai kustību.
Bet bez pastāvīga strāvas avota šādiem sensoriem baterijas būtu jāmaina ik pēc dažiem mēnešiem. Citiem vārdiem sakot, visuresošie sensori varētu nozīmēt arī visuresošas izlādējušās baterijas, saka Džošs Smits, pētnieks Intel izpēte Sietlā.
Smits un viņa komanda risina šo problēmu, nevis strādājot pie ilgstošākiem akumulatoriem, bet gan cenšoties pilnībā novērst vajadzību pēc baterijām. Tā vietā to prototipa ierīcēs tiek izmantota tā pati jaudas samazināšanas tehnika, ko izmanto radiofrekvences identifikācijas (RFID) tagiem.
Sensora akumulatora izmešanas jēdziens nav jauns. Pētnieki ir ierosinājuši uztvert enerģiju no vides vibrācijām vai apkārtējās gaismas, lai darbinātu sensoru (skatiet Bezmaksas elektrība no nanoģeneratoriem ). Taču nav skaidrs, vai tehnoloģiju, kas uztver apkārtējās vides enerģiju, var lēti integrēt sensora ierīcē.
Turpretim tehnoloģija, ko izmanto RFID tagos, kas pārraida dažus informācijas bitus, kad tos skenē RFID lasītājs, ir pietiekami lēta, lai to integrētu sensoros un ražotu masveidā; tos jau plaši izmanto, lai izsekotu mājlopiem un kravām, kā arī automašīnām, kas šķērso vieglas caurlaides joslas uz lielceļiem.
Smits skaidro, ka Intel sensoru ierīcēs tiek izmantoti gatavie komponenti: antena, lai nosūtītu un saņemtu datus un savāktu enerģiju no lasītāja, un sensoru saturošs mikrokontrolleris — mazs dators, kura savākšanai nepieciešami tikai pāris simti mikrovatu jaudas. apstrādāt datus.
Antena šo jaudu iegūst tieši no radioviļņiem, ko izstaro RFID lasītājs. Kad atzīme nonāk lasītāja darbības zonā, lasītāja radiosignāls iziet cauri antenai, radot spriegumu, kas aktivizē tagu. Pēc tam atzīme var nosūtīt informāciju lasītājam, izmantojot procesu, ko sauc par atpakaļizkliedi, kurā antena būtībā atspoguļo saņemtā radio signāla datos kodētu variāciju.
Mikrokontrollerā, ko Smita komanda pievienoja RFID antenai, ir 16 bitu mikroprocesors, 8 kilobaiti zibatmiņas un 256 baiti brīvpiekļuves atmiņa.
Viens no mikrokontrollera galvenajiem uzdevumiem ir nodrošināt, lai informācija lasītājam tiktu pārsūtīta bez kļūdām, kas prasa vairāk aprēķinu, nekā var veikt parastais RFID tags. Tipiskā tagā kļūdu pārbaudes informācija tiek iepriekš aprēķināta un saglabāta mikroshēmā; bet sensoram, Smits saka, šī informācija ir jāaprēķina reāllaikā, kad tiek apkopoti dati.
Tāpat kā RFID birkas, arī sensori bez akumulatora ieslēdzas tikai tad, kad tie saskaras ar lasītāju. Kamēr RFID lasītājs atrodas ierīces darbības zonā, saka Smits, tas var apkopot datus un nosūtīt tos lasītājam.
Sensori bez baterijām varētu būt noderīgi daudzās jomās, tostarp medicīnā, saka Zeke Mejia, Sentpolā bāzētā RFID tagu ražotāja Digital Angel galvenais tehnoloģiju speciālists. Viņi jebkurā brīdī varētu pārbaudīt ķermeņa stāvokli un noteiktus apstākļus, saka Mejia, sākot no glikozes līmeņa cilvēkiem ar cukura diabētu līdz asins un citu ķermeņa šķidrumu pH līmenim.
Pašreizējā formā Intel sensoriem ir jāatrodas apmēram metra attālumā no lasītāja, lai tie tiktu aktivizēti. Tas ir tuvāk, nekā tas būtu ideāli piemērots dažiem lietojumiem, piemēram, temperatūras mērīšanai pārtikas produktiem, kas iesaiņoti lielās kastēs, vai vibrācijas mērīšanai biezās sienās. Problēma ir tāda, ka, lai gan mikrokontrollerim ir nepieciešams tikai milivatu jaudas, lai tas ieslēgtos, ir nepieciešami trīs volti elektrības, un sensoram jāatrodas viena metra attālumā no nozares standarta RFID lasītāja, lai radītu tik daudz enerģijas. Bet ar nelielām izmaiņām veidā, kā mikrokontrolleris apstrādā datus, Smits saka, ka grupa varētu samazināt sprieguma prasību līdz 1,8 voltiem, tādējādi paplašinot diapazonu līdz aptuveni pieciem metriem.
Komandas jaunākajā prototipā ir iekļauts gaismas sensors, temperatūras sensors un pat slīpuma sensors vienā ierīcē bez akumulatora. Pētnieki strādā pie veidiem, kā integrēt mikrokontrolleri un antenu vienā mikroshēmā, ko būtu vieglāk uzstādīt uz vietas. Pa to laiku viņi ir izstrādājuši vizuālu demonstrāciju, cik daudz enerģijas RFID antena var iegūt no lasītāja: viņi to ir izmantojuši, lai darbinātu rokas pulksteņa otro rādītāju.
Cilvēkiem ir pārsteidzoši, ka šī neredzamā enerģijas forma — radioviļņi — var likt pulksteņa rādītājam kustēties, saka Smits. Smits saka, ka viena sekunžu rādītāja atzīmēšana paņem apmēram tikpat daudz enerģijas, cik viena datu bita nosūtīšana no sensora.