Considerazioni sul power management nei sistemi IoT

Poiché ci sono miliardi di nodi sensori IoT ancora da implementare, un problema critico che affligge molti sviluppatori è l'alimentazione. L'utilizzo di una powerline per questi sensori non è pratico a causa della loro posizione e, anche se fattibile, richiede tempo e costi.  Inoltre, la manutenzione e la sostituzione delle batterie potrebbero ridurre drasticamente il business case. La relazione tra energia elettrica e processi in un progetto Internet of Things (IoT) è forse il il compromesso più importante che un team di progettazione deve fare. 

Introduzione

Internet ha cambiato radicalmente il modo in cui progettiamo la maggior parte dei sistemi elettronici, dalla segnaletica sulle fermate degli autobus ai complessi sistemi industriali, che ora usano la connettività come parte essenziale della loro funzionalità. Forse il cambiamento più grande, tuttavia, è l'introduzione di sistemi di sensori che raccolgono dati e trasmettono le informazioni al cloud. Questi vanno dal monitoraggio della temperatura e il controllo del riscaldamento nelle case, ai sistemi di localizzazione per le aziende di logistica.  A differenza di molti più grandi sistemi connessi, queste piccole "cose" spesso non hanno accesso alla rete elettrica. Ciò significa che devono avere un mezzo per alimentarsi, qualcosa che si ottiene usando le batterie o la raccolta di energia.  Per molte applicazioni, la raccolta di energia offre la soluzione più promettente. Poiché l'energia richiesta dal sistema viene prelevata dall'ambiente utilizzando varie tecnologie, dai pannelli solari ai sistemi che utilizzano l'energia derivante dal movimento, la raccolta di energia offre la prospettiva di un funzionamento indefinito se il dispositivo può essere progettato per particolari condizioni operative.  Sebbene un numero crescente di applicazioni possa ora essere sviluppato a livelli di potenza estremamente bassi richiesti per la raccolta di energia, molti altri non sono adatti a questo approccio. Forse la potenza richiesta per elaborare i dati sul dispositivo è troppo alta, le esigenze della tecnologia di comunicazione sono troppo impegnative o semplicemente non c'è una buona fonte di energia per la raccolta. In questo caso sono necessarie le batterie per alimentare il sistema. Con il costo di sostituzione delle batterie spesso superiore al costo del dispositivo IoT stesso, si rende necessario il calcolo della durata operativa (figura 1).

Figura 1: Nodi sensori IoT

La caratteristica chiave che i progettisti devono esaminare e ottimizzare è il profilo energetico per il loro prodotto. Il profilo energetico è composto da: consumo energetico dinamico, ovvero l'energia consumata quando il dispositivo è sveglio e operativo; consumo di energia statico, ovvero l'energia consumata mentre il dispositivo e in sleep e non sta funzionando.  I progettisti hanno a disposizione almeno tre opzioni che possono essere utilizzate per prolungare la durata della batteria e ridurre al minimo la manutenzione del sistema: Ottimizzazione energetica dell'hardware, Ottimizzazione energetica del software, Raccolta di energia.

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2 Commenti

  1. Stefano Lovati Stefano Lovati 12 gennaio 2018
  2. maurisat maurisat 28 gennaio 2018

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