Sensor Tanpa Baterai dengan Penyambungan Energi Mendorong Revolusi IoT Berikutnya

Adopsi Internet of Things (IoT) telah melonjak di seluruh dunia, namun ekspansi yang cepat ini memperkenalkan tantangan kompleks bagi para insinyur dan pembuat kebijakan. Peramalan menunjukkan bahwa pada 2025, jaringan IoT global dapat menghost lebih dari 75 miliar perangkat yang terhubung, angka yang menekankan urgensi untuk menyediakan solusi yang kuat dan dapat diskalakan.

Ahli industri memprediksi masa depan di mana jutaan gadget elektronik berbagi jaringan komunikasi yang seragam—biasanya link nirkabel ke layanan cloud. Untuk mendukung kebutuhan data yang meledak dari ekosistem ini, teknologi sensor inovatif esensial.

“Saya percaya bahwa tantangan berikutnya untuk IoT akan berfokus pada mengidentifikasi perangkat mana yang akan menjadi bagian dari IoT. Hanya karena secara teknis mungkin untuk merancang perangkat pintar tidak berarti ada nilai dalam menghubungkan setiap perangkat ke IoT,” kata Greg Rice, Technical Marketing Manager di ON Semiconductor.

Sensor yang terhubung akan menjadi kunci di seluruh otomotif, otomasi industri, smart home, elektronik konsumen, pertanian, dan kesehatan seluler. Dengan lalu lintas harian yang diperkirakan 125 exabyte pada 2025, mengelola lerasan data ini dengan efisien akan menjadi hambatan kritis.

Rice menekankan bahwa mengirim setiap byte yang dihasilkan tepi ke cloud dapat meredam infrastruktur jaringan. “Mungkin lebih efisien untuk melakukan analisis dan agregasi data dasar di tepi IoT, daripada mengirim semua melalui cloud ke inti jaringan,” katanya.

Energy harvesting adalah kunci untuk mempertahankan pertumbuhan eksponensial IoT. Hambatan utamanya adalah efisiensi penyambungan dan keandalan perangkat. Perangkat yang dipasok oleh harvest sering beroperasi pada anggaran daya yang sangat kecil, memaksa para desainer untuk menyeimbangkan performa dengan konsumsi.

Tantangan lain terletak pada sumber daya itu sendiri. Unit yang dipasok oleh surya berkembang selama siang hari tetapi gagal di malam hari, sementara perangkat yang dipasok oleh RF memerlukan medan elektromagnetik yang cukup kuat. Menskalakan medan RF untuk mendukung harvest yang luas juga mempertimbangkan pertimbangan risiko kesehatan yang harus dievaluasi dengan ketat.

ON Semiconductor telah memperkenalkan serangkaian sensor nirkabel tanpa baterai canggih—keluarga Smart Passive Sensors™ (SPS)—yang memantau suhu, tekanan, kelembaban, dan kedekatan di jaringan tepi. Sensor ini ideal untuk penerapan terpencil atau luas di mana penggantian baterai tidak praktis.

Sensor SPS adalah tag RFID tanpa baterai dan tanpa mikroprosesor yang menggunakan protokol UHF Gen 2 standar industri untuk komunikasi. saat diinterogasi oleh pembaca RF, tag mengambil energi dari sinyal, memungkinkan bacaan yang cepat dan akurat tanpa sumber daya khusus.

Figure 1: Blok fungsi sensor SPS

Rice menjelaskan, “Jaringan sensor ini dirancang untuk bekerja menggunakan penambahan energi RF. Hub sensor pusat mentransmisikan daya RF melalui antena yang terhubung, dan node sensor individu adalah nirkabel dan tanpa baterai, beroperasi dengan mengubah medan RF sekitar menjadi daya listrik.”

Seperti yang ditunjukkan dalam Figure 2, setiap hub sensor mengintegrasikan modul pembaca—menangani komunikasi spesifik protokol dan mengekspos data mentah (EPC, Temp, RSSI, Code, dll.)—dan modul pemrosesan yang mengagregasi dan memformat data untuk analisis lebih lanjut. Hub mendukung Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth, dan protokol lainnya untuk meneruskan data sensor ke cloud.

Figure 2: Diagram blok sensor hub

Arsitektur keseluruhan digambarkan dalam Figure 3: hub mengumpulkan data dari banyak sensor dan berkomunikasi dengan perangkat lain melalui cloud, memungkinkan aplikasi IoT baru.

Figure 3: Arsitektur IoT sensor

Di inti blok sensing terletak Sensor IC Magnus-S2© dari RF Micron, chip RFID UHF yang dipasok oleh penambahan energi RF dari pembaca UHF. Magnus-S2 mengintegrasikan mesin Chameleon self-tuning yang dipatenkan yang mengoptimalkan front-end RF di seluruh kondisi lingkungan yang bervariasi. Ia beroperasi di band UHF yang ditetapkan FCC dan ETSI UHF, menyediakan solusi tanpa baterai yang kompak yang muat dengan mudah dalam aplikasi yang terbatas ukuran.

Keluarga SPS mencakup:

• Sensor suhu untuk sensing pasif pada permukaan logam, non-logam, dan keramik—ideal untuk pemeliharaan prediktif di data center dan lingkungan industri.
• Sensor kelembaban untuk deteksi pasif pada plastik, kayu, keramik, tanah, dan plester—berguna untuk deteksi bocor dan kontrol kualitas.
• Sensor tingkat cairan yang secara pasif merasakan cairan melalui permukaan plastik tipis.

Dengan jumlah perangkat yang terhubung terus meningkat, keberhasilan IoT bergantung pada performa dan kemampuan sensor. Sensor nirkabel tanpa baterai yang terintegrasi secara mulus dengan analitik cloud memberdayakan pemantauan yang lebih cermat di seluruh data center, pemeliharaan industri, konstruksi, distribusi daya, logistik rantai dingin, pertanian digital, dan kesehatan.

>> Artikel ini awalnya diterbitkan di situs saudara kami, Power Electronics News.