Pemanenan energi memberi daya pada sensor lingkungan bebas baterai
Akseptabilitas Internet of Things (IoT) telah berkembang pesat di seluruh dunia, namun tingkat kemajuan ini menimbulkan tantangan bagi para ahlinya, yang mengungkapkan kekhawatiran/ketakutan tentang masa depannya. Diperkirakan pada tahun 2025, perangkat yang terhubung ke jaringan IoT dapat melebihi angka luar biasa 75 miliar unit. Hal ini memberikan kepercayaan pada kekhawatiran para profesional dan kebutuhan untuk mempersiapkan diri secara memadai sehingga keuntungan yang dicapai tidak akan hilang.
Sudah, spesialis IoT meramalkan skenario di mana sejumlah besar perangkat elektronik berkomunikasi melalui antarmuka umum, biasanya diwakili oleh koneksi nirkabel ke cloud. Jumlah perangkat yang terhubung ke jaringan IoT terus bertambah, akibatnya, teknologi sensor baru akan diperlukan untuk mendukung permintaan data yang dihasilkan oleh ledakan pertumbuhan perangkat yang terhubung. Ini akan menjadi tantangan berikutnya untuk IoT.
“Saya percaya bahwa tantangan berikutnya untuk IoT akan difokuskan pada mengidentifikasi perangkat mana yang akan menjadi bagian dari IoT. Hanya karena secara teknis memungkinkan untuk merancang perangkat pintar tidak berarti bahwa setiap perangkat yang terhubung ke IoT memiliki nilai yang tinggi”, kata Greg Rice, Manajer Pemasaran Teknis, ON Semiconductor.
Perangkat dan sensor yang terhubung akan memainkan peran penting di beberapa bidang, termasuk otomotif, otomasi industri, rumah pintar, komputasi konsumen, pertanian, dan kesehatan seluler. Data yang dirasakan, dikumpulkan, dan diagregasi akan tumbuh secara eksponensial, menghasilkan perkiraan lalu lintas data sebesar 125 exabyte per hari pada tahun 2025. Mengelola sejumlah besar data yang dihasilkan oleh perangkat yang terhubung ke IoT ini akan menjadi tantangan yang berat.
Menjelaskan tantangan dan menawarkan jalan ke depan, Rice menyatakan bahwa, “Jika setiap bit data yang dihasilkan di tepi IoT dikirim melalui cloud, ini dapat menciptakan kemacetan di infrastruktur jaringan. Mungkin lebih efisien untuk melakukan beberapa analisis dan agregasi data dasar di tepi IoT, daripada mengirim semuanya melalui cloud ke inti jaringan”.
Pemanenan energi
Pemanenan energi akan sangat penting untuk menghadapi tantangan yang ditawarkan oleh pertumbuhan eksponensial perangkat IoT. Rice percaya bahwa tantangan dengan pemanenan energi berpusat di sekitar efisiensi pemanenan daya, dan keandalan perangkat yang ditenagai melalui pemanenan energi”. Perangkat untuk pemanenan energi beroperasi dengan jumlah daya yang sangat kecil, desainnya berkali-kali merupakan trade-off antara kinerja teknis dan pengurangan konsumsi daya. “Tantangan dengan perangkat yang dirancang untuk beroperasi melalui pemanenan energi adalah menemukan keseimbangan yang tepat dari pengorbanan ini dalam proses desain”, tegas Rice.
Tantangan lain yang relevan adalah sumber daya untuk pemanenan energi. Pada siang hari, perangkat bertenaga surya dapat beroperasi secara efisien dengan memanfaatkan sinar matahari yang tersedia. Namun, hal yang sama tidak dapat dikatakan untuk operasinya di malam hari. Demikian pula, perangkat yang menggunakan daya RF untuk pemanenan energi harus berada di hadapan medan RF dengan kekuatan sinyal tertentu. Jika lebih banyak medan RF dikerahkan untuk mendukung perangkat pemanen energi, risiko kesehatan terkait harus dievaluasi dengan cermat.
Sensor bebas baterai
ON Semiconductors telah merancang rangkaian sensor nirkabel dan bebas baterai yang inovatif untuk jaringan IoT. Rangkaian perangkat Smart Passive Sensors™ (SPS) memungkinkan pemantauan suhu, tekanan, kelembapan, atau kedekatan di tepi jaringan. Karena sensor lingkungan sering digunakan di lokasi terpencil atau di area yang luas seperti pabrik atau gedung, seringnya mengganti baterai bukanlah operasi yang ekonomis. Pemanenan energi, khususnya daya RF untuk sensor SPS, mampu memenuhi persyaratan ini. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, setiap sensor SPS adalah tag sensor RFID bebas baterai dan mikroprosesor dengan blok antena untuk komunikasi nirkabel, melalui protokol UHF Gen 2 standar industri, dengan pembaca RFID. Saat sensor SPS diinterogasi oleh pembaca RF, sensor tersebut menggunakan energi yang diterima dari sinyal, memberikan pembacaan yang cepat dan akurat dari sensor.
Gambar 1:Blok fungsional sensor SPS
“Jaringan sensor ini dirancang untuk bekerja menggunakan pemanenan energi RF. Ada hub sensor pusat yang mentransmisikan daya RF melalui antena yang terhubung. Setiap node sensor nirkabel dan bebas baterai, dan beroperasi dengan mengubah energi di medan RF di sekitarnya menjadi sumber daya untuk elektronik pada node sensor”, jelas Rice.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, setiap hub sensor mengintegrasikan dua blok utama:modul pembaca dan modul pemrosesan. Modul pembaca melakukan fungsi khusus protokol untuk berkomunikasi dengan sensor dan memaparkan data sensor mentah (EPC, Temp, RSSI, Kode, dll.) ke modul pemrosesan. Modul pemrosesan mengumpulkan dan memformat data sensor untuk analisis tambahan. Kemampuan konektivitas hub sensor mencakup WiFi, Ethernet, Bluetooth, dan protokol lain yang sesuai untuk mengirim data sensor ke cloud untuk analisis, analitik, dan keputusan lebih lanjut.
Gambar 2:diagram blok sensor hub
Arsitektur sensor IoT secara keseluruhan ditunjukkan pada Gambar 3. Hub sensor mengumpulkan data dari beberapa sensor dan berkomunikasi dengan perangkat lain yang terhubung melalui cloud untuk mengaktifkan IoT dalam aplikasi dan skenario baru.
Sensor suhu, dirancang untuk penginderaan pasif suhu pada permukaan logam, non-logam, dan keramik. Aplikasi mencakup pemeliharaan prediktif di industri dan pusat data;
Sensor kelembapan, dirancang untuk penginderaan pasif kelembapan pada berbagai permukaan atau barang jadi yang terbuat dari plastik, kayu, keramik, tanah, dan plester. Aplikasi mencakup deteksi tingkat kelembapan atau kebocoran dan kontrol kualitas dalam konteks industri yang berbeda;
Sensor level cairan yang dirancang untuk mendeteksi cairan secara pasif melalui permukaan tipis seperti plastik.
Kesimpulan
Jumlah perangkat yang terhubung ke jaringan IoT terus bertambah, dengan aplikasi yang melibatkan semua sektor teknologi. Keberhasilan dan perluasan sektor IoT sangat bergantung pada karakteristik dan kinerja sensor yang terlibat. Teknologi sensor baru diperlukan untuk melengkapi jaringan sensor tradisional. Sensor nirkabel bebas baterai dengan konektivitas cloud memungkinkan peningkatan pemantauan kondisi lingkungan di berbagai aplikasi seperti pusat data, pemeliharaan prediktif industri, konstruksi dan daya, rantai dingin, pertanian digital, dan perawatan kesehatan cerdas.
>> Artikel ini awalnya diterbitkan pada situs saudara kami, Power Electronics News.
