Nâng thời lượng pin cho thiết bị IoT

0
0

- Thời lượng pin là mối quan tâm hàng đầu khi thiết kế các thiết bị IoT di động. Người thiết kế thiết bị cần xác định các sự kiện tiêu thụ nhiều điện năng và tần suất xảy ra của các sự kiện đó.

Theo Janet Ooi, Phụ trách Giải pháp Công nghiệp IoT, Keysight Technologies, đại dịch kéo dài và các yêu cầu giãn cách xã hội đang tạo cơ hội ứng dụng giải pháp tự động vào hàng loạt ngành nghề như ngành bán lẻ thông minh. Hiện nay, các ứng dụng IoT tập trung vào sử dụng cảm biến để giám sát và điều khiển mọi vật. Các cảm biến, các hệ thống điện tử và các thiết bị thông minh đang gửi dữ liệu cho nhau, thu thập, phân tích dữ liệu và đưa dữ liệu đó lên đám mây để lưu trữ hoặc xử lý thêm. Ngoài ra, việc xử lý trí tuệ nhân tạo tại vùng biên mạng ngày càng thu hút được nhiều quan tâm hơn, giúp thiết bị thông minh càng trở nên thông minh hơn. Nhu cầu ngày càng tăng về các ứng dụng và xử lý dữ liệu trên các thiết bị thông minh đã tạo ra một thách thức cho các nhà thiết kế thiết bị: kéo dài thời lượng pin.

Thời lượng pin là mối quan tâm hàng đầu khi thiết kế các thiết bị IoT di động. Người thiết kế thiết bị cần xác định các sự kiện tiêu thụ nhiều điện năng và tần suất xảy ra của các sự kiện đó. Họ cũng cần thay đổi thiết kế hoặc thực hiện đánh đổi để tối ưu hóa thời lượng pin. Các kỹ sư thiết kế kỹ thuật sẽ luôn luôn tìm kiếm các phương pháp tiết kiệm năng lượng - cân bằng giữa các chức năng hoạt động và chế độ ngủ. Tuy nhiên, thiết bị luôn có một mức tiêu thụ điện năng cơ bản, do một phần nhất định của mạch điện cần luôn ở trong trạng thái hoạt động. Chẳng hạn như máy tạo nhịp tim. Một phần nhất định của mạch điện cần phải được cấp nguồn thường xuyên để giám sát nhịp tim liên tục, do đó sẽ làm giảm thời lượng pin.

 

May mắn là có nhiều kỹ thuật tiết kiệm điện cho mạch điện tử có thể giúp kéo dài thời lượng pin của thiết bị.

Janet Ooi đã đưa ra một số ví dụ. Thu năng lượng là một ví dụ về phương pháp kéo dài thời lượng pin - hoặc thậm chí có thể loại bỏ pin hoàn toàn! Đây là một phương pháp thu năng lượng từ môi trường và chuyển thành năng lượng hữu ích để cung cấp cho mạch điện tử. Ví dụ, thu hoạch năng lượng RF (tần số vô tuyến) là thu năng lượng điện từ trong môi trường và chuyển nó thành điện áp một chiều có thể sử dụng được (DC) bằng anten và mạch chỉnh lưu. Sự hiện diện của năng lượng RF trong môi trường xung quanh phát sinh từ nhiều công nghệ tần số cao, bao gồm tín hiệu Wi-Fi, lò vi sóng và phát thanh truyền hình. Các phương pháp thu hoạch năng lượng khác bao gồm chuyển đổi nhiệt, chuyển đổi năng lượng mặt trời, chuyển đổi năng lượng gió và dao động. Ngày nay, một số công ty đang chế tạo ra các loại chip thu năng lượng để loại bỏ nhu cầu thay pin cho các thiết bị IoT năng lượng thấp.

Các tiêu chuẩn kết nối vô tuyến, sử dụng cho di động và cố định, đã phát triển các tính năng và kỹ thuật tối ưu hóa để giúp tối đa hóa thời lượng pin của thiết bị IoT. Các tiêu chuẩn vô tuyến như LTE-M và mạng LAN vô tuyến 802.11 có các tính năng như chế độ tiết kiệm điện (PSM) và chế độ thu gián đoạn mở rộng (eDRX) để giảm mức tiêu thụ điện năng.

PSM cho phép thiết bị IoT ở trạng thái ngủ hoặc “tạm ngủ” vào một thời điểm cố định, chỉ thức dậy để truyền và theo dõi dữ liệu trước khi quay lại chế độ ngủ, trong khi vẫn duy trì đăng ký với mạng. Thiết bị và mạng trao đổi thông tin và tối ưu hóa việc định thời trên cơ sở yêu cầu của ứng dụng. Vì thiết bị IoT không hoạt động trong chế độ PSM nên tiêu thụ ít điện năng hơn, giúp kéo dài tuổi thọ pin.

Công nghệ eDRX có thể được tích hợp như một tính năng LTE mở rộng vào các thiết bị IoT, hoạt động độc lập với PSM để tăng cường tiết kiệm điện năng. eDRX kéo dài đáng kể khoảng thời gian mà thiết bị IoT không kết nối với mạng. Mặc dù đem lại mức giảm tiêu thụ điện năng ít hơn PSM, nhưng eDRX có thể là sự cân bằng tốt giữa độ sẵn sàng thiết bị và mức tiêu thụ điện năng.

Vi mạch tiết kiệm điện. Mục tiêu của các nhà thiết kế là thiết kế được mạch điện tử tiết kiệm năng lượng. Một số thay đổi về thiết kế phần cứng, phần mềm hoặc firmware có thể khiến vi mạch tiêu thụ nhiều điện hơn. Điều kiện khí hậu khác nhau cũng có thể khiến mức tiêu thụ điện năng thay đổi. Các nhà thiết kế thiết thường xuyên phân tích cách thức tiêu thụ điện của một thiết bị IoT trong các tình huống khác nhau bằng cách đo và phân chia mức tiêu thụ điện cho các từng phân hệ phần cứng.

Janet Ooi, Phụ trách Giải pháp Công nghiệp IoT, Keysight Technologies
Janet Ooi, Phụ trách Giải pháp Công nghiệp IoT, Keysight Technologies

Một ví dụ là bộ cảm biến giám sát chất lượng không khí sử dụng công nghệ LPWAN. Các nhà thiết kế thiết bị cần tối ưu hóa thiết kế của cảm biến này để đảm bảo rằng viên pin cúc áo (coin battery) có thể hoạt động ít nhất 10 năm. Các nhà thiết kế này cần thời gian để đo kiểm nhiều tình huống thực tế khác nhau và tìm ra tương quan giữa các sự kiện với mức tiêu thụ điện của sản phẩm hiện tại ở cấp phân hệ - đây là một việc làm tốn nhiều công sức. Hơn nữa, còn phải lặp lại các hoạt động này để phân tích và xác minh các tác động của từng thay đổi thiết kế. Quá trình này được gọi là phân tích điện năng tiêu thụ theo sự kiện. Các nhà thiết kế cần phải xây dựng hồ sơ tương quan giữa lượng điện tiêu thụ với các sự kiện RF hoặc DC của một phân hệ. Như đã mô tả, tối ưu hóa thiết kế thiết bị có thể là quá trình khó khăn và tốn nhiều thời gian.

Phần mềm phân tích năng lượng theo sự kiện KS833A2A, được sử dụng trong Giải pháp tối ưu hóa thời lượng pin cho thiết bị IoT X8712A, là một công cụ trực quan hóa dễ sử dụng để đo và hiển thị một cách hiệu quả mẫu tiêu thụ năng lượng ở cấp tiểu hệ khi thiết bị IoT của bạn chuyển đổi giữa các trạng thái vận hành khác nhau. Sau đó, phần mềm này ước tính thời lượng pin của một thiết bị dựa trên mẫu tiêu thụ năng lượng, giúp xác định mức độ tiêu thụ của các tiểu hệ này trong mức độ chung của thiết bị.

Hầu hết mọi người đều cảm thấy lo lắng khi điện thoại di động yếu pin. Các thiết bị IoT cũng như vậy, cho dù là đồng hồ thông minh, thiết bị y tế hoặc cảm biến thông minh dùng cho các ứng dụng nông nghiệp. Thời lượng pin là một trong những tiêu chí quan trọng nhất ảnh hưởng đến quyết định mua sản phẩm của người dùng cuối. Thời lượng pin có thể tạo cho thiết bị IoT của bạn lợi thế cạnh tranh hoặc làm tổn hại danh tiếng thương hiệu của bạn. Điều may mắn là các nhà sản xuất sản phẩm và nhà thiết kế thiết bị  có thể sử dụng công nghệ và các giải pháp có sẵn để ra các quyết định có sở cứ về cách quản lý năng lượng hiệu quả và tối ưu hóa thời lượng pin của thiết bị IoT của mình.


Ý kiến bạn đọc


Thêm 10 ca mắc mới Covid-19, nhiều bệnh nhân nhập cảnh đã 2 tuần

(VnMedia) - Tính từ 6h đến 18h ngày 20/4 Việt Nam ghi nhận thêm 10 ca mắc mới Covid-19 , đều được cách ly ngay sau khi nhập cảnh.

Tiếp tục gia hạn thời hạn nộp thuế, tiền thuê đất

(VnMedia) - Chính phủ vừa ban hành Nghị định 52/2021/NĐ-CP gia hạn thời hạn nộp thuế giá trị gia tăng, thuế thu nhập doanh nghiệp, thuế thu nhập cá nhân và tiền thuê đất trong năm 2021. Như vậy, đây là lần thứ 3 Chính phủ gia hạn thuế và tiền thuê đất để hỗ trợ doanh nghiệp gặp khó khăn do dịch bệnh. 

Khởi tố kẻ hiếp dâm, sát hại bé gái 5 tuổi ở Bà Rịa - Vũng Tàu

(VnMedia) - Liên quan đến vụ cháu bé 5 tuổi bị hiếp dâm, sát hại tại Bà Rịa - Vũng Tàu, cơ quan công an đã ra quyết định khởi tố bị can và lệnh bắt tạm giam đối với Phạm Văn Dũng (46 tuổi, ngụ phường Long Tâm, TP Bà Rịa) - nghi phạm của vụ án về tội Giết người và Hiếp dâm người dưới 16 tuổi.

Chủ tịch nước Nguyễn Xuân Phúc chủ trì Phiên thảo luận mở Cấp cao của Hội đồng Bảo an

(VnMedia) - Ngày 19/4, trên cương vị Chủ tịch Hội đồng Bảo an Liên hợp quốc (HĐBA LHQ) tháng 4/2021, Chủ tịch nước Nguyễn Xuân Phúc đã chủ trì Phiên thảo luận mở Cấp cao của HĐBA về chủ đề “Tăng cường hợp tác giữa Liên hợp quốc với các tổ chức khu vực nhằm thúc đẩy xây dựng lòng tin và đối thoại trong ngăn ngừa và giải quyết xung đột” dưới hình thức kết hợp giữa trực tuyến và trực tiếp tại Hà Nội.

Đại học Y Hà Nội tuyển tình nguyện viên thử nghiệm thuốc tiểu đường

(VnMedia) - Đây là một nghiên cứu khoa học với các dữ liệu thu được từ nghiên cứu sẽ được sử dụng nhằm mục đích khoa học, giúp mang lại lợi ích cho các bệnh nhân mắc đái tháo đường típ 2 trong tương lai…