Esineiden internet (IoT) leviää nopeasti taloihin, toimistorakennuksiin, lentokentille ja sairaaloihin. Langattomat valaistus-, lämmitys- ja turvajärjestelmät sekä uudet palvelut tarjoavat enemmän mukavuutta, tehokkaampia ja parempia rakennuspalveluita ja pienemmän virrankulutuksen. Anturien virransyötölle energiankeruu on houkutteleva vaihtoehto.
|
Artikkelin ovat kirjoittaneet Rutronikin tuotemyyntipäällikkö Kerstin Wagner ja ENOceanin myyntijohtaja Jürgen Baryla. |
Akkukäyttöisten langattomien antureiden ja ohjaimien menestys ei ole johtunut puhtaasta onnesta, koska ne tarjoavat useita etuja. Koska ne eivät ole riippuvaisia kaapeleista tai pistorasioista, ne voidaan sijoittaa mihin tahansa ja niitä voidaan siirtää joustavasti huoneiden välillä. Niillä ei kuitenkaan ole käytettävissään rajattomasti energiaa. Kun paristo on tyhjä, kotikäyttäjille on hyvä olla valmiina uusi paristo tilalle tai heidän on ostettava se. Suurempien järjestelmien osalta laitosjohtajien odotetaan suunnittelevan ja toteuttavan paristojen hankinnan ja vaihdon. Täällä - ja teollisissa sovelluksissa - monien paristojen valvonta ja vaihtaminen on taatusti haastava tehtävä.
Toinen näkökohta on ympäristön kuormitus. Muutaman vuoden kuluttua käytössä on arvioiden mukaan jopa kymmenen biljoonaa langatonta IoT-anturia. Mikäli nämä toimivat paristoilla, vaativat ne miljoonaa tonnia litiumia raaka-aineekseen. Ja tämä koskee vain ensimmäistä kymmentä vuotta. Vaikka käytettävissä oleva litium riittäisi, niin laajalla kaivostoiminnalla olisi vakavia vaikutuksia ympäristöön. Tähän mennessä ei ole vielä olemassa kierrätysmenetelmää, joka mahdollistaisi riittävän litiumin talteenoton paristojen uudelleenkäyttöä varten. Sama koskee paristojen muita myrkyllisiä raskasmetalleja, kuten elohopeaa, lyijyä, kadmiumia ja nikkeliä.
Kaapelilla kytketyt virtalähteet ovat tietenkin vaihtoehto paristoille, mutta tämä tuo mukanaan huomattavan työmäärän ja kustannukset, erityisesti uudelleenkäytön ja verkon laajentamisen kannalta. Langattomat anturit ja ohjaimet, jotka keräävät energiansa suoraan ympäristöstä liike-, valo- tai lämpötilaerojen kautta ovat yksinkertaisia ja yhtä joustavia kuin paristokäyttöiset. Niiden avulla anturit ja kytkimet voivat toimia ilman huoltoa, riippumatta ulkopuolisista energialähteistä ja ne voidaan asentaa rakennukseen tarpeen mukaan.
Energiaa liikkeestä
Kineettisen energian keräämiseen sisältyy voiman tuottaminen liikkeestä. Esimerkiksi kytkimen käyttö voi aktivoida sähkömekaanisen muuntimen, joka tuottaa kytkimen toiminnasta tarpeeksi energiaa kodinkoneiden tai lamppujen kytkemiseksi päälle tai pois päältä, laukaisemaan valaistusolosuhteita tai käyttämään kaihtimia. EnOcean käyttää tätä periaatetta paristottomissa kytkimissä, joissa on integroitu PTM-kytkinmoduuli. Sen sisäpuolella yhdistyvät sähkömekaaninen ECO 200 -energianmuunnin tehokkaaseen radiomoduuliin. Jos kytkintä liikutetaan vain 1,8 millimetriä, tuottaa generaattori energian, joka tarvitaan ohjaussignaalin lähettämiseen matalatehoisella radiotekniikalla vastaanottimeen. Painamalla ja pitämällä kytkintä voidaan lähettää toinen viesti, ja esimerkiksi himmentää valaistusta tai vaihtaa valon väriä.
Tämä periaate mahdollistaa sellaisten kytkimien luomisen, joiden ei tarvitse poiketa visuaalisesti perinteisistä malleista. Tällaisia ovat yksinkertaiset on / off -kytkimet, alas / ylös -ohjaimet, liukusäätimet tai pyörivät nupit valon voimakkuuden ja värin säätämiseksi, lämmitys, kodin viihde- tai turvajärjestelmät. Ne ovat aina saatavilla, ja kuka tahansa talossa voi käyttää niitä. Tämä tekee niiden käsittelystä helpompaa kuin sovelluksen, joka on avattava ja aktivoitava etukäteen älypuhelimella tai tabletilla.
Sama menetelmä soveltuu sovelluksiin, kuten ikkuna-antureihin, jotka antavat signaalin, jos ikkuna on auki, tai vesiantureihin, jotka käyttävät materiaalia, joka laajenee absorboimalla vettä ja aktivoivat siten sähkömekaanisen energianmuuntimen. Pesukoneen tai kylpyammeen alle asennetut anturit, jotka laukeavat kosketuksessa veden kanssa, voivat lähettää radiosignaalin venttiiliin, joka katkaisee vedentulon
… Lämpötilasta ...
Termosähköisen elementin ja DC/DC-muuntimen avulla energiaa voidaan tuottaa jopa vain 2 asteen lämpötilaerolla, mikä riittää langattoman anturin käyttämiseen. Tämä menetelmä on ihanteellinen sovelluksiin kuten lämmitysventtiileihin, jotka eivät ole riippuvaisia ulkoisista energialähteistä. Näissä lämmittimen ja ympäristön välistä lämpötilaeroa käytetään säätämiseen ja langattomaan viestintään aurinkoenergialla toimivan huoneohjaimen kanssa.
… Ja valosta
Anturimoduuleihin asennetut pienet aurinkokennot voivat muuntaa valon sähköenergiaksi. Tämä antaa mahdollisuuden käyttää erilaisia antureita, kuten kosteus-, lämpötila-, ikkuna- tai läsnäolon tunnistusantureita. EnOceanin anturimoduulit käyttävät energiaa myös tiedonsiirtoon useiden vähävirtaisten radiostandardien kautta (EnOcean, Zigbee, Bluetooth). Integroitu varastointi mahdollistaa anturin virransyötön ylläpitämisen jopa neljän päivän ajan, vaikka uutta energiaa ei saataisikaan.
Tehokas rakennusautomaatio
Energiankeruun käyttö langattomien anturien perustana mahdollistaa rakennusautomaatioon tyypillisesti liittyvien tehtävien, kuten ovien ja ikkunoiden tilasignaalien käytön, mikä samalla poistaa huollon tai ulkoisten energiansyöttöjen tarpeen. Toimistokomplekseissa tai julkisissa rakennuksissa, kuten rautatieasemilla tai lentokentillä ne mahdollistavat hissien, lämmitysjärjestelmien, ilmastointijärjestelmien tai muiden teknisten laitteiden huolto- ja korjaustöiden suorittamisen vain tarpeen mukaan ja siten tehokkaammin. Tätä varten he lähettävät tiettyjä tilasignaaleja IoT-yhdyskäytävän kautta Internetin kautta vastaaville palveluntarjoajille.
Tämä mahdollistaa myös rakennusten käytön optimoinnin siten, että läsnäolo- ja aktiivisuustunnistimet pystyvät havaitsemaan, kuinka usein ja kuinka moni kokoustilaa tosiasiallisesti käyttää. Sama koskee kylpyhuonetiloja, joiden avulla ne voidaan puhdistaa tarpeen mukaan ja tarvikkeita, kuten wc-paperia, saippuaa ja pyyhkeitä, tarvittaessa vaihtaa. Tämä vähentää työmäärää ja kustannuksia ja parantaa samalla käyttäjien tyytyväisyyttä. Kiinteistönhoitaja puolestaan voi varmistaa, että sovitut palvelut on todella tehty. Kun verkko on muodostettu yritysten, kuten Microsoft, T-Systems tai IBM, IoT-alustoille, anturit toimittavat reaaliaikaisia tietoja rakennusten ja talotekniikan digitalisointiin.
Erilaiset putoamisilmaisimet, läsnäoloilmaisimet, hätäsignaalipainikkeet ja ohjauspainikkeet voidaan asentaa mihin tahansa haluttuun paikkaan. Ne tarjoavat enemmän luotettavuutta kuin paristokäyttöiset mallit, koska niiden toiminnot eivät ole riippuvaisia pariston kunnosta.
EnOcean-standardiEnOcean Wireless on kansainvälisesti hyväksytty ISO / IEC 14543-3-10 -standardiksi, joten sitä voidaan käyttää maailmanlaajuisesti WiFin tai Bluetoothin tapaan. Se on optimoitu erityisesti langattomille ratkaisuille, joilla on erityisen pieni virrankulutus, ja joiden energiantarpeet täyttyvät energiankeruulla. Lähtevän viestin vähimmäispituus kestää vain millisekunnin 125 kilobitin tiedonsiirtonopeudella. 40 millisekunnin aikana viestit toistetaan useita kertoja. Koska ne lähetetään satunnaisin välein, viestien väliset törmäykset voidaan välttää ja useita kytkimiä ja antureita voidaan käyttää samanaikaisesti. Jokaisella langattomalla EnOcean-moduulilla on 32-bittinen tunnistenumero, joka mahdollistaa korkean tietoturvan datansiirrossa. Moduulin kantama on jopa 300 metriä ulkona ja noin 30 metriä rakennuksissa. Euroopassa standardi käyttää 868 megahertsin taajuuskaistaa. Nämä radioaallot voivat tehokkaasti tunkeutua seinien läpi ja tarjota vankan yhteystehon. Samaan aikaan korkeataajuinen lähtö on 100 kertaa pienempi kuin perinteisillä kaapelipohjaisilla ratkaisuilla (Source: Measurement report by ECOLOG Institute, 2009). |
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
