„Печатните полимерни сензори променят визията и усещането на IoT“
Печатните полимерни сензори изглежда, че са следващото голямо нещо в света на IoT технологиите. На експото за сензори в Калифорния(Sensorr Expo) тази седмица Hoffman+Krippner демонстрираха как сензори базирани на печатни полимерни пасти могат да бъдат достатъчно точни за IoT сензори за позиция или сензори за натиск.
Материалът за сензорите носи наименованието „SensoInk“ и с него могат да бъдат отпечатвани потенциометри, резистори, ключове или контакти на клавиатура или други ел. компоненти.
Необходими са единствено два елемента за предаването на сигнали: печатен потенциоветър върху носещ материал(напр. FR4 или PET фолио) и проводим плъзгач. Фирмата също така притежава мембранен сензор за позиция, носещ наименованието „Sensorfoil“, който представлява мемрана от тънък филм с дебелина от 0.5mm до 1mm. Той е достъпен в различни дължини от 50mm до 500mm, с ротационна широчина 40mm. Доставчикът твърди за повтаряема точност от 1mm до 10um.
Jens Kautzor, CEO на базираната в Германия Hoffman+Krippner пише: „За да открием как състоянието на интернет-свързаните `неща` се променя, трябва да се извърши електронна оценка на първоначалното състояние. С нашите сензори Вие можете точно да измервате изменения, да откривате местоположение, или да броите обекти.“
Друга фирма Thin Film Electronics демонстрира печатен сензор за маркиране на бутилки, който може да открива кога продукта е „запечатан“ и „отворен“.
Вероятно ще се използва за маркиране на вино и спиртни напитки, фармацевтични, козметични и автомобилни течности, тагът е проектиран да осигури NFC-четивността преди и след фабричния печат на продукта е бил счупен.
Според базираната в Норвегия компания, е възможно да се осигури съдържание към мобилните телефони относно „запечатания“ или „отворен“ статус, като контекстът на потребителя се измества вече от „предварителното закупуване“ към „в употреба“.
Например, запечатаният продукт може да активира мултимедийно съдържание, което да насърчи потребителя да направи покупката, докато в същото време отворените/разопакованите продукти ще предоставят съобщение със съвети и препоръки на допълващи се продукти за ползване.
Привличането/симпатията към печатните NFC тагове е поради факта, че те могат да се произведат при по-ниска цена в сравнение с традиционните устройства за радио-честотна идентификация(RFID), казват от Thin Film Electronics.
Базираната в Кеймбридж компания PragmatIC, която последно получи финансова инжекция от инвеститори като ARM и CIC, каза че има планове да разшири своите дейности по дизайн на схеми, в това число приложения като сензори, процесори и безжични комуникации. PragmatIC разполага с производствена база основана на Националният Център за Печатна Електроника(National Centre for Printable Electronics) в Sedgefield, използва финансирането, за да наеме повече персонал и да позволи увеличаването на мащаба на своето производство до 100 милиона гъвкави интегрални схеми по-късно тази година.
Scott White, CEO, PragmatIC(на картината отдолу), казва че сега компанията разполага със финансирането, за да преодолее ограниченията на това как надеждно и икономически-ефективно да създаде печатни електронни устройства за електронни паспорти(e-passports) и за други приложения.
„Нашата технологична платформа създава микросхеми по-тънки от човешки косъм, които могат лесно да бъдат вградени във всяка гъвкава повърхност,“казва White.
Според Victor Christou, старши инвестиционен директор в CIC, гъвкавите електронни схеми на PragmatIC предлагат „най-наложилият се и рентабилен продукт, който съм виждал през всички 20 години докато съм участвал в тази индустрия.“
Internet of Things разчита на получаването на добри данни от сензорите в точно определеното време и в точния формат, ето защо безжичните сензори с улавяне на енергия представляват особен интерес, пише Matthias Kassner.
Безжичните сензори улавящи енергия предизвикаха драматично увеличаване на интереса, тъй като те представят надеждна и лесна-за-инсталация технология, която доставя необходимите входни данни, на които разчита целият модел на Internet of Things(IoT). Създаването на сензорен възел, който се занимава с приемането, обработката и предаването на важните входни данни с минимална енергия, която може да бъде добита от околната среда е предизвикателство.
Има три основни ключови задачи при безжичните сензори с улавяне на енергия: генерирането(улавянето) на необходимата енергия, отчитане на физичната величина и обработка параметрите на средата(температура, влажност, позиция), както и безжично предаване на събраната информация. Всички тези три задачи трябва да бъдат оптимизирани заедно, за да осигурат оптимизирани решения.
„В работната стая на Sauter ecoUnit работната единица, температурен сензор захранван от слънчева клетка е позволил увеличаването на комфорта със значително намалена консумация на енергия.“
Енергийно-ефективен системен дизайн
Най-често срещаните форми на добита от IoT сензорите енергия са кинетичната, слънчевата и топлинната(вижте кутията, отсреща). Всички три технологии за добиване на енергия осигуряват сравнително малко количество енергия(обикновено в микроамперния диапазон). Затова системите с оптимизан енергиен дизайн са ключови, за да позволят безжичните сензори да бъдат използвани базирайки се на тези източници на енергия.
Три основни задачи определят разполагаемата мощност за безжичния сензорен възел – измерването на сензора, безжичното предаване и неактивния режим/състояние(Idle State). Дизайнът на системата трябва да балансира добиването на енергията с изискванията към мощността за извършването на тези задачи.
Този баланс може да бъде установен в две направления – или функционалността на системата(а оттам и изискваната мощност) е фиксирана и добива на енергия е мащабиран, или доставянето на енергия от добивната група е фиксирана и системните функционалности трябва да бъдат оптимизирани. Втория случай е по-често срещания.
„Функционалността описана в тази статия е реализирана в температурния сензор с улавяне на енергия EnOcean STM 330, който може да бъде разширен с сензора за влажност HSM 100.“
За да илюстрираме изискванията разглеждаме случая на стайно устройство за управление базирано на слънчева енергия. Неговите основни задачи са да измерва температурата и влажността в стаята и да ги сравнява с определени/зададени от потребителя точки(обикновенно само целева температура, а понякога и целева влажност).
Достъпния енергиен бюджет е ограничен от достъпният размер на слънчевата клетка(да кажем 5cm^2) и от очакваното минимално ниво на осветеност(200Lux за шест часа).
Вземайки под внимание типичните характеристики на стандартните слънчеви клетки за употреба на закрито, това означава, че ние трябва да проектираме сензорна система, която консумира по-малко от 1uA среден ток. За улеснение ние впоследствие ще изчислим средния ток при направено допускане от наша страна, че захранващото напрежение е фиксирано на 3V. За да се оценят ограниченията на функционалностите, ние първоначално ще разпределим наличната енергия по равно за трите основни задачи, което прави около 300nA среден ток за всяко дискретизиране на физичната величина(sensing), безжично предаване и sleep/power загуби.
Оптимизираната реализация на преобрузавето на температурата и влажността би изисквало еквивалента на приблизително 1mA ток за период от 10ms за работата на сензора, обмяната на информация между сензора и процесора(чрез I2C или подобна шина) и първоначалната обработка на данните. След това ние можем да изчислим максималният брой измервания на ден сравнявайки достъпната енергия за ден(300nA x 86.4s) с необходимата енергия за едно измерване(1mA x 86.4s) и разбираме, че първоначалния енергиен бюджет/запас ще позволи 2592 измервания за ден.
Имайки впредвид, че температурата и влажността се изменят бавно и, че ние също така трябва да пестим енергия, ние задаваме честотата на измерванията за минута(1440 на ден). Преминавайки към радио предаването, ние приемаме среден ток от 25mA за форматиране и предаване на информацията от 125kbits/s. Основавайки се на достъпния енергиен бюджет и необходимия ток за излъчването, ние можем да определим общия брой възможни предавания на данни за ден, което се равнява малко повече он една секунда(или 125000 бита/ 15625 байта) на ден. Съпоставяйки това с възможният брой измервания, ние можем да идентифицираме ключовия проблем на безжичните сензори с улавяне на енергия – радио протокола трябва да бъде оптимизиран за минимален размер. Ще трябва да ограничим общата дължина на съобщението до 10 байта, за да предадем всеки резултат от измерването в едно радио съобщение. От това, вече е ясно, че както радио протокола, така и размера на предаването трябва да бъдат оптимизирани.
Енергийно оптимизирани протоколи
Полезният товар асоцииран със сензорите често е малък(няколко байта), затова оптимизирания протокол трябва да ограничи преносът(frame control, preamble, synchronisation, error checking), колкото се може повече, докато в същото време поддържа комуникация с голяма надеждност. Стандартният IP протокол(UDP над IPv6) изисква повече от 50 байта; затова обикновенната IPv6 комуникация обикновенно не е възможна в приложенията със сензори улавящи енергия.
Енергийно оптимизирания протокол ISO/IEC 14543-3-1X, от друга страна, изисква само 12 байта общо за предаването на 1 байт с информация от сензора. Използвайки такъв протокол съвстно с интелигентна стратегия за излъчване(предаване само на значимите изменения) позволява дори използването на съкратени под-съобщения, за да се увеличи надеждността на предаването.
Ограничаване на sleep загубите
Безжичните сензори добиващи сами енергия трябва да могат да реализират режим „Sleep“ с ултра-малка консумация за повече от 99,99% от цялото време. Ето защо редуцирането на консумацията на енергия в този режим е от изключителна значимост. Имайки впредвид нашият пример за дизайн, нашия краен енергиен бюджет/запас е 300nA, който трябва да покрие консумацията на процесора в режим „sleep“(с възможност за периодични събуждания чрез таймера), както и загубите поради теча към енергийния склад.
Толкова малко ниво на консумация е трудно за постигане, дори и най-съвременните процесори, и може би това е най-голямото предизвикателство в самото проектиране. Изискват се дизайни със смесени-сигнали, както и системи с оптимизирана архитектура, за да се отговори на тези предизвикателства.
От използването на кабели до безжичност
Днес, входните данни за IoT често се осигуряват от сензори, които са локално свързани към контролерите и изпълнителните механизми. Тук, всички мрежови елементи са близко един до друг и директно свързани помежду си. Този подход е много подходящ за местни приложения с ограничена гъвкавост, когато не се изисква повторното използване на данните.
От друга страна при Internet of Things(IoT) вече не се изисква подобна близост. Той позволява осъществяването на централизираност или дори облачно-базирана обработка на данните. Затова едни и същи данни могат да бъдат използвани за няколко приложения, намалявайки значително инфраструктурните разходи и позволявайки мрежови структури.
Всички тези характеристики изискват втори облак, състоящ се от възли на сензорите и изпълнителните механизъми, които могат да бъдат разгърнати и разширени гъвкаво. Възлите, които използват минимална енергия, които те добиват от тяхното обкръжение, осигурават решение тип постави-и-забрави – те могат да бъдат инсталирани на повечето труднодостъпни места и да разчитаме те да си изпълнят задачата с минимална поддръжка или внимание.
Технологии за добив на енергия
Енергията може да бъде добита от различни източници; най-често използваните са:
>>> Кинетична енергия – Кинетична енергия в различни форми(странично движение, въртене или вибрация) се използва от доста дълго време, за да се създаде електрическа енергия чрез използването на електромагнитни или пиезоелектрични системи за добив. За повечето приложения, електромагнитната система за добив на енергия е по-добрия избор, тъй като тя осигурява по-стабилен енергиен изход за голям работен цикъл без стареене. Тези системи най-общо работят чрез промяната на магнитния поток през бобина или чрез придвижването на магнита спрямо бобината или чрез смяната на полярността на магнитния поток. Този вид добив на кинетична енергия е избраната технология за механичните комутатори и подобни приложения.
>>> Слънчева енергия – много приложения със сензори се захранват основно с слънчеви клетки. Те са особено подходящи за приложения с достатъчна осветеност(за вътрешна/външна употреба) и често използвана за приложения със сензори за измерване на температура, влажност, осветеност или CO2.
>>> Топлинна енергия – Разликите в температурата могат да бъдат използвани, за да се създаде енергия основана на Пелтие елементите. Стандартното приложение на тези елементи е да охлаждат област(като например преносима кутия за охлаждане), когато се приложи електрическа енергия. Обратният ефект – генерирането на енергия от температурните разлики- се използва за топлинен енергиен добив. Изходното напрежение на Пелтие елементите зависи от температурната разлика и обикновенно е много малко(20mV за градус „C“ температурна разлика). Поради тази причина е необходима специализирана електроника, за да се използва тази енергия.
Matthias Kassner е продуктов маркетинг директор в EnOcean
Amiho Technology е създала един от най-малките в индустрията безжичен модул за свързването на интелигентните измерватели и устройства Internet of Things(IoT). Модулът е с размери 15х15mm, което означава че той може да бъде поставен изключително близко до малки сензори в измервателите и други IoT устройства. Модулът AM090 използва микроконтролер Freescale Kinetis работещ на 868MHz и той е напълно съвместим с европейските стандарти(EN13757).
Базираният в Кеймбридж разработчик също така е създал оптимизиран софтуерен стек за smart metering, който може също така да бъде лицензиран като самостоятелен продукт за интеграция в други дизайни и към настоящия момент се използва при опитите за smart metering в Европа. Компанията също така е осигурила дизайн за модула за домашно smart metering gateway устройство, разработено от Develco Products.
David Blumstein, управляващ директор и съосновател на Amiho Technology, казва, „Щастливи сме, че технологията Wireless M-Bus също така е интегрирана в мултипротоколния Develco Squid.link gateway устройството, нискобюджетна модулна платформа за гъвкави интелигентни домашни мрежи(Smart Home Networks). Това показва по-нататъшното приемане на нашите нови продукти в IoT приложенията. Докато този пазар се ускорява, ние очакваме нашият набор от ултра-компактни комуникационни модули да бъдат използвани във много иновативни решения.“
Първоначалното стартиране на CHIP от Оукланд, Калифорния-базирана Next Thing Co. няколко месеца по-рано направи „големи вълни“ с неговите възможности (процесор 1GHz R8 ARM, 512MB RAM памет, 4GB NAND памет, както и вградени WiFi и Bluetooth) и наистина неразумно-ниската цена(само $9, но с международната доставка тя нараства). В крайна сметка, екипа на проекта успя да набере $2 милиона долара посредством дарения и привлече вниманието, както на производителите, така и на медиите. Все още голяма част от развълнувания екип на CHIP е останал фокусиран върху ниската цена и техническите спецификации.
Днес, Dave Rauchwerk, главен изпълнителен директор на Next Thing Co. сподели повече подробности за тяхната платка, и ние сме впечатлени от това, което чухме: CHIP е лицензиран под Creative Commons ShareAlike, достъпен е datasheet R8, Next Thing Co. се присъединява към Линукс фондацията, а CHIP става дори още по-интересен – той не е само някаква си евтина платка.
Докато евтиният хардуер е хубав, и високите тактови честоти придвижват битовете и байтовете по-бързо, това не означава нищо без наличието на надежден софтуерен стек, в който производителите да създават. До този момент, Rauchwerk и неговият екип си партнират с Free Electrons, за да добавят техните талантливи инженерни таланти на вградения линукс към сместта, и това партньорство започва да се демонстрира с днешното съобщение за линукс поддръжката на CHIP.
Това е забележително. Считано от днес CHIP работи с 4.2 Linux kernel. Това е абсолютно най-актуалната версия на линукс ядрото, която идва с последните и страхотни възможности. Обикновено вградените системи работещи под Linux не работят с последната версия на линукс ядрото. Вместо това, ядрото се сваля и се пачва със софтуер, който позволява на платката да го зареди.
Rauchwerk казва, че нещата няма да стоят по този начин с CHIP. He and his team are pushing towards mainlining all of CHIP’s code. Това е един изискан начин да кажат, че те работят, за да адаптират кода си към основния клон на Линукс ядрото. Техните нови взаимоотношения с Линукс фондацията определено ще им помогнат да реализират това.
Най-голямата полза от CHIP е, че той става mainline за своите потребители и разработчици на платката. Всички последни възможности на линукс ще бъдат достъпни за разработчиците. Няма да бъде необходимо да пачвате ядрото със специални за платката файлове – един труден процес – и ще бъде значително по-лесно за дистрибуторите на линукс да адаптират своя код за CHIP.
В допълнение съобщението, че CHIP в момента работи с последното линукс ядро 4.2, Rauchwerk представи тяхната софтуерна среда за разработка на код(SDK-Software Development Kit).
Благодарение на начина по който Rauchwerk е организирал датите за доставка на CHIP, първите 1000 CHIP платки се отправят директно към разработчиците на ядрото. Докато „разработчикът на ядро“ е просто едно име, Rauchwerk е уверен, че много от тези поддръжници са всъщност hardcore хакери на линукс ядрото. Предоставянето на платката на разработчиците ще позволи да се разкрият и отстранят потенциалните проблеми на ниво операционна система, които могат да възникнат с новите платки още преди да са достигнали до всички поддръжници.
Всъщност, инсталирането на SDK става лесно. Взимате си едно копие на VirtualBox 4.3(която е безплатна), сваляте и инсталирате допълнителен пакет, за да подобрите VirtualBox, и след това клонирате repository-то на Next Thing Co.
git clone https://github.com/NextThingCo/CHIP-SDK
Веднъж щом започнете инсталацията, софтуера ще си истегли всички необходими файлове от интернет и ще конфигурира средата за разработка. В сравнение с повечето настройки на среди за разработка, то е някак си магическо.
„Не е честно спрямо хакерите на ядрото, да ги караме да правят всички тези dev/ops“ казва Rauchwerk,“Това е готова за ползване система за разработка на софтуер и хардуер.“
Самото SDK не е единственият нов софтуер от Next Thing Co. Те пуснаха версия на U-Boot(която е значително модифицирана, за да поддържа вграденат NAND памет на CHIP), също така Linux build, buildroot и скриптове за флашването на CHIP с специалното Linux ядро компилирано от SDK.
Днес, Rauchwerk предприема стъпки, за да предостави open source обещанието, което той направи пред всички свои поддръжници-спонсори и ние аплодираме движението в тази посока. Най-вълнуващото нещо относно CHIP е не това, че той е първия $9 компютър, а това че той е първият изцяло Open Source $9 компютър.
Компанията Microchip Tchnology Inc. обяви пускането на своя последен 2.4 GHz 256-QAM усилвател с голяма мощност – SST12CP21 – който гарантира ултра-ниска стойност на величината EVM (амплитуда вектора на грешка) и консумация на ток за модулация 256-QAM и IEEE 802.11n системи. Усилвателя SST12CP21 осигурява голяма линейност на изходната мощност до 23 dB при 1.75% динамически EVM, с MCS9 HT40 MHz модулация честотна лента на пропускане при напрежение 5V и консумация на ток 320 mA. Освен това усилвателят SST12CP21 осигурава 25 dB линейна мощност при 3% EVM с консумиран ток 350 mA за използване в 802.11g/n. Тези характеристики значително разширяват възможностите на системите 802.11b/g/n и MIMO, при крайна ниска спектрална маска до 28 dB за комуникационните средства със свързаност по 802.11b/g. Заеманата площ е понижена до 3x3x0.55 mm, а 16 изводния корпус QFN съответства на повечето популярни разположения на изводи.
Максимално достигнатата скорост на предаване на данни и осигурения голям обхват на работа при минимална консумация на тока, усилвателя може да се използва в основата на Wi-Fi® MIMO точки за достъп, рутери и декодиращи телевизионни приставки. Усилвателят на мощност SS12CP21 притежава малък работен ток 320 mA при 23 dB и 350 mA при 25 dB, като така осигуряма многоканалност и много голяма скорост на предаване на данни в WLAN системите. Този усилвател се характеризира също така с 50 Ohm – ова вътрешна схема за съгласуване на входа и елементарна схема за съгласуване в изхода, която осигурява удобство при употребата и понижава размера на печатната платка на крайното устройство. Освен това, вградения линеен детектор на мощност осигурява точен контрол на изходната мощност в зависимост от темпуратурата и разсъгласуването на изхода 2-к-1.
Поддържани средства за разработка
Кит платката за нови усилватели на мощност SST12CP21 е достъпна чрез партньорите на Microchip.
Цена и достъпност
Усилвателя SST12CP21 е достъпен днес за пробно и масово производство в популярния размер 3x3x0.55 mm, 16-изводен QFN корпус. Цената брой в партида от 10 000 елемента е $0.754(~ 1 BGN).
Компанията Texas Instruments позволи създаването на броячи и преносими устройства за мониторинг на здравето от следващо ниво.
Компанията Texas Instruments пусна 46 нови микроконтролера с ултра-ниско енергопотребление MSP430™ FRAM microcontrollers (MCU), с по-голяма памет, нови характеристики и степен на интеграция. Микроконтролерите от серията MSP430FR69x разширяват обема на енергонезависимата FRAM памет (фероелектрическа памет с произволен достъп) до 128 kB и осигуряват интелигентна аналагова интеграция, като например разширен сканиращ интерфейс (ESI) и аналогово-цифров преобразувател (ADC) с диференциален вход, който консумира само 140 uA при честота на работа 200 KSPS. Разработчиците също така могат да интегрират 320-сегментен LCD-контролер за добавянето на дисплей към своите продукти и 256-битов хардуерен ускорител Advanced Encryption Standart (AES) за гарантирането на безопасно предаване на данни. Подобна интеграция не само понижава енергопотреблението, но също така и намалява общият размер на продукта, с изключение на използването на допълнителни компоненти за такива системи.
Компанията TI фокусира своите усилия за оптимизацията на микроконтролерите от серията MSP430FR69x за високопроизводителни промишлени микроконтролери с ултра-ниско енергопотребление с оптимизирани режими на ниска мощност в работен режим, в режим готовност и на мощността потребявана от периферията. Ненадминат рекорд за скорост на запис на контролерите MSP430FR69x с FRAM памет и 10-милионно увеличение на циклите на запис в сравнение със съвременните флаш-памет е довело до създаването на паметта, която намалява консумацията на енергия, увеличава точността на данните с течение на времето и даже удължава живота на продукта. FRAM осигурява несравнима гъвкавост, не изисква използването на сегменти за предварително изтриване и позволява побитов достъп, позволява Ви да запишете текущите данни в движение, както и по-бързо и по-удобно да актуализирате фърмуера.
Използването на микроконтролерите от серията MSP430FR69x с FRAM памет за енергийни системи
Интегрираният ESI модул, диференциалният АЦП и LCD контролер, правят микроконтролерите от серията MSP430FR69x идеалния инструмент за измерване потреблението на вода, газ и топлинна енергия.
Характеристики и преимущества при използването на микроконтролери от серията MSP430FR69x с ултра-ниско енергопотребление:
Улеснява разработката благодарение съвместимостта си по изводи и разширения обем памет от 64 kB до 128 kB, и чрез новите функции на микроконтролерите от FRAM платформата.
Нови мерки за безопасност, включващи 256-битов хардуерен ускорител с подръжка на повишен стандарт за криптиране (AES) и вграден IP модул за защита на предаваните данни и протокол IP за микроконторелите от серията MSP430FR69x. Висока скорост на запис и ниски пикови стойности на тока осигуряват преимуществата за безопасност при геренирането на нови ключове за защита и съхранение на информация за състоянието на продукта даже и при случаите на отпадане захранването на контролера.
Разрушава бариери, свързани с използването на традиционните технологии за памети в микроконтролерите, благодарение на FRAM паметите с несравнима скорост на запис, дълъг живот, гъвкавост и енергопотребление по време на запис.
Цена и достъпност:
Микроконтролерите от серията MSP430FR69x са достъпни в промишлени количества х1000 броя на цена от USD 4.30$ (~7 BGN). Вие можете да започнете разработката на устройства самостоятелно благодарение на комплекта за разработка MSP-FET430U100D на цена от $175(~275 BGN), който може да откриете в сайта на TI eStore или при оторизираните дистрибутори. Кит комплекта за измерване на потребление EVM430-FR6989 ще бъде достъпен през октомври на цена от $300(~472 BGN).
Слънчевите панели, които ние наблюдаваме днес, трябва да бъдат здрави и черни. Органичната фотоелектрическа технология, напротив, предоставя изключително прозрачни и гъвкави слънчеви панели в различни цветове, предоставени от производителя.
Въпреки това тази технология трябва да удовлетвори определени изисквания, приети на пазара: висока ефективност, дълъг живот и ниски производствени разходи. Това изследване има за цел да „анализира капацитета на новите материали за усвояване на слънчева енергия, както и търсенето на подходящи стратегии от момента на разработка в лабораторията до въвеждането в експлоатация“, подчерта Ikerne Etxebarria, изследовател в лабораториите UPV/EHU и IK4-Ikerlan.
Екип от учени анализира, какъв може да бъде максималният размер на клетките, които трябва да имат голяма повърхностна площ, ако работят правилно. За тази цел са били разработени различни клетки с различни структури и повърхности. След анализът на резултатите, „ние окрихме, че в клетките с площ до 6 см2 мощността е правопропорционална към тяхната повърхностна площ. Обаче при повърхностите с по-голяма площ производителността на клетките намалява значително“, акцентирала Etxebarria, която достигнала до следния извод: за създаването на клетка с голяма повърхностна площ е необходимо да се създадат модули, в които клетките с много по-малки повърхности са свързани последователно или успоредно върху самата подложка.
За производството на такъв тип модули слоевете, съществуващи между електродите трябва да бъдат подредени, т.е. с други думи клетките трябва да се свързват една с друга. „До сега, такъв тип подреждане може да се направи по механичен път или чрез лазер, но и в двата случая съществува риск от повреждане на подложката. Въпреки това, в това проучване, ние сме разработили нова техника за структуриране“, подчертала тя. Тази техника включва преобразуването на характеристиките на повърхността.
Цел: повишаване на ефекивността
Друга цел на това изследване била намирането на начин за създаването на високопроизводителна клетка. За тази цел, от една страна е необходимо да се оптимизира процеса на производство на клетки на базата на различни полимери, които абсорбират различни дължини на вълните от спектъра на светлината, които ще се използват за създаването на клетки влизащи в състава на каскадни структири, за да се осигури повишена ефективност. „Всеки полимер поглъща светлина с различна дължина на вълната. Идеалният вариант е да се възползваме от целият спектър дължини на вълните, въпреки че не съществуват полимери, способни да поглъщат всички дължини на вълната. Следователно, за да се използва максимално ефективно слънчевата слетлина, една от вече съществуващите възможности – да създадем структури от каскаден тип, или с други думи, да разположим клетките, създадени от различни полимери, една над друга“, пояснява Etxebarria. Тези структури от каскаден тип могат да се свържат последователно или успоредно. „Забелязахме, след многобройни измервания, че по-голяма ефективност се постига в клетки, подредени последователно, а не успоредно“, добавила тя.
Производството на клетки, произведени чрез използването на полимери или нови материали, ще бъде много по-ефективно, тъй като тези полимери са произведени в лаборатория, за разлика от силиция, който се добива от мината. Etxebarria работи в лабораториите IK4-Ikerlan, като тества различни полимери в търсенето на подходящи материали за производството на клетки. „Ние тествахме (различни) материали в малки устройства“, каза тя. Всъщност били проверени множество материали от различен тип и в процеса са били избрани най-ефективните от тях, с други думи, тези материали, които най-ефективно преобразуват слънчевата енергия.
Компанията Allegro MicroSystms, LCC представи нова интегрална схема токов датчик, която се явява икономически и точно решение за измерване на променлив ток в промишлени, търговски и комуникационни системи. ACS726 на компанията Allegro се явява първата ИС токов датчик, включваща напълно диференциален вътрешен усилвател, който може да се използва за регулиране коефициента на усилване и честотната лента посредством външни RC филтри. Вътрешният усилвател е напълно независим и по време режимите на пауза с него се премахва захранващото напрежение, което довежда до общото понижение на енергопотреблението. Напълно диференциалният изход на интегралната схема осигурява повишена шумоустойчивост в изхода при изменение в характеристиките, също така и при синфазен шум.
Корпуса на ИС осигурява лесно поставяне за потребителя. В типичните приложения на тази ИС се включват – блок за управление на двигатели, контрол и управление на товари, импулсни захранващи източници и в блокове за защита от токови претоварвания.
ИС се състои от линеен датчик на Хол с меден проводник, разположен в близост до повърхността на кристала. Приложеният ток, чрез този меден проводник, създава магнитно поле, което се регистрира от вградения датчик на Хол и се преобразува в съответното напрежение. Точността на ИС е оптимизирана благодарение на непосредствената близост на магнитното поле към преобразувателя на Хол. Точното пропорционално напрежение се осигурява от блока BiCMOS ИС Хол с малки смущения и стабилизиран пребразувател, който е предварително програмиран за точно измерване, след което е веднага поставен в корпус.
Изхода на интегралната схема притежава положително диференциално напрежение (VOUTP – VOUTN), когато нарастващият ток протича през първичния меден проводник (изводи от 1 до 6, към изводи 7 и 12), което е верига, използваща се за токово измерване. Вътрешното съпротивление на този проводник е 1.1 [m Ohm], то осигурява ниски нива на загуба на мощност.
Изходният проводник е електрически изолиран от сигналните изходи на датчика (изходи 13 до 24). Това позволя използването на ИС токов датчик ACS726 в устройства с завишена чувствителност по ток без използването на диференциални усилватели или други скъпи изолационни техники.
Датчика ACS726 се произвежда в малък, нископрофилен корпус QSOP-24 за повърхностен монтаж (съкращение LF). Водещата конструкция е покрита с 100% сплав от олово, който е съвместим със стандартните безоловни процеси за монтаж при печатните платки. Във интегралната схема няма други връзки освен основа за оловни топчета за монтажа тип обърнат чип, и в момента не включва RoHS (Ограничение на опасните вещества). Датчика, с изключение на ВАЕ, е напълно калибриран преди да напусне завода.
Чрез комбинирането на енергийни въглеродни структури с едноатомна дебелина, изследователите от лабораторията за микро движения и нано технологии от университета Джордж Вашингтон са създали нов ултра кондензатор, който притежава висока производителност и малка себестойност.
Ултра кондензатора използва синергия, образувана при обединяването на графитените люспи с едностенни въглеродни нанотръбички, комбинирайки силните страни на двете въглеродни нано структури, имащи взаимно допълващи се свойства.
Ултра кондензаторите увеличават количеството съхранена енергия и могат бързо да я отдават. Комбинираните свойства на батерия с висока плътност на енергията и високоплътностните свойства на обикновенните кондензатори, ултра кондензаторите могат да повишат производителността на електрическите транспортни средства, преносимата електроника, аудио системите и другите оборудвания.
Едностенните въглеродни нанотръбички и графена притежават уникални електронни, топлинни и механически свойства, които ги правят привлекателни материали за разработката на нови утра кондензатори, съобщил Джиан Ли (Jian Li), един от авторите на изследването. Много лаборатории по отделно са изследвали тези материали, но нито една от тях не ги е изследвала заедно.
„В нашата лаборатория ние разработихме подход, благодарение на който получихме, както едностенни въглеродни нанотръбички, така също и графен. След това в нас възникна идеята да използваме заедно тези перспективни въглеродни материали“, добавил Майкъл Кейдар (Michael Keidar), професор към факултета за механическа и аерокосмическа техника към училището за инженерни и приложни науки от университета Джордж Вашингтон, и директор на лабораторията за микро движения и нано технологии.
Изследователите са създали графенови люспи и нанотръбички, чрез изпарението на кух графитен прът, запълнен с катализиращ метален прах чрез помощта на електрическата дъга. След това те смесили двете нано структури и изготвили мастило, което нанесли върху хартия – типичния разделител при съвременните кондензатори.
Диелектричната проницаемост на този комбиниран кондензатор, измерена на единица негова маса, се оказала в три порядъка по-голяма, в сравнение с диелектричната проницаемост на кондензаторите, създадени само чрез въглеродни нанотръбички.
Преимуществата на хибридната структура, по думите на Ли (Li) се състоят в това, че графеновите люспи разполагат с по-голяма повърхностна площ и с превъзходна проводимост в границите на една равнина, докато в същото време нанотръбичките съединяват всички структури, образувайки хомогенна мрежа.
Изследователите отбелязали, че въпреки, че другите видове ултра кондензатори също достигат до тези големи нива на специфичния капацитет, хибридът получен от обединяването на графена/ нанотръбичките, неговите основни предимствна са ниската себестойност, тъй като екипът им е разработил лесен метод за създаването на желаната смес от въглеродни тръбички в големи количества.
Хибридните ултра кондензатори са също така много леки и с малък размер. Това им дава съществено преимущество при използването им в електронни устройства с малки размери.
Компанията Texas Instruments представи своят развоен комплект C2000™ Solar Micro Inverter Development Kit. Даденият комплект се явява завършен микро инвертор на базата на микроконтролера C2000 Piccolo™ TMS320F28035. Микро инверторът за соларни панели се явява един нов сегмент от соларната електро енергия. Вместо в процеса на инсталация, всички фотоволтаични панели да бъдат свързани към главния инвертор, системата изградена на базата на микро инвертора се включва към изхода на всеки отделен фотоволтаичен панел и заема по-малко място благодарение на своя <<микро>> размер. Дадената конфигурация разполага с множество преимущества, включително отстраняване на частичните условия на затъмнения, увеличена производителност, повишена надеждност и мащабируемост. Въпреки, комбинацията от иновационни характеристики на микроконтролера C2000 Piccolo F28035 и уникалната хардуерна конструкция, развойния комплект микро инвертор C2000 представлява изключителна платформа за разработка на ефективни и надеждни системи за мрежово захранване на базата на микро инвертори за соларни панели.
Основни характеристики и преимущества на комплекта C2000:
– Изпълнява управление над активна фиксираща верига на обратноходов DC-DC преоразувател /Flyback/ със спомагателен добавъчен резистор във волтметъра, MPPT (алгоритъм за проследяване на точката на максимална мощност) и мрежовия DC/AC инвертор, включва в себе си етапите на преобразуване на мощността чрез микро инвертора на енергията от соларните панели.
– Поддържа напрежение на панелите от 28 до 45 V на входа, а така също и стандартна изходна мощност до 280 W при напрежение 220 V променлив ток и 140 V при напрежение 110 V променлив ток, правейки го удобен за различните изисквания на световният пазар на соларни енергийни продукти.
– 93% пикова мощност и по-малко от 4% коефициент на хармонични изкривявания (THD) осигуравя голяма изходна мощност за всеки соларен панел, понижава неблагоприятното разсейване на топлина и увеличава срока на работоспособност на системата.
– C2000 Piccolo F28035 се явява високопроизводителен контролер за завършени системи на микро инвертори, които изпълняват управление на регулиращ контур за етапите на DC/DC и DC/AC преобразуването.
– Системата на база на микроконтролера осигурява лесен процес на разработка и понижава крайната себестойност на системата.
– Микроконтролера C2000 Piccolo F28035 управлява инвертора работещ на висока честота на PWM 100kHz, понижава хармоничните изкривявания и намалява цената на пасивните елементи.
– Интегрираният блок в микроконтролера C2000 Piccolo F28035 осигурява ефективно управление за всеки един от етапите на преобразуване: 4.6 MSPS 12-битово аналогово-цифров преобразувател, ядро с малка латентност C28x с обработка в режим реално време, ШИМ модулация с голяма разделителна способност 150 ps.
– Цялостно завършеният изходен програмен код, хардуерения проектен файл и подробната документация позволяват на проектанта да разбере напълно начина на работа на оценъчния коплект, да създаде основата за уникални разработки на соларни системи.
– Софтуерните библиотеки за соларно и цифрово управление предоставят оптимизиран код за използване в различни топологии на силови схеми, включително алгоритми, като например MPPT и програмна фазова конфигурация на честотата (PLL), идеални за разработката на специализирани решения за соларни инвертори.
– Високопроизводителен генератор на стробиращи импулси UCC27531 и UCC27211, използвани заедно, осигуряват висока производителност с малко време на задържане разпространението на сигнала 17 ns, управление на отрицателно напрежение за условието за по-високо ниво на смущенията и високи мрежови напрежения (UCC27531) за експлоатация на IGBT. Цена и достъпност
Новият развоен комплект C2000 Solar Micro Inverter Development Kit (TMDSSOLARUINVKIT) е достъпен за покупка на цена от $850 USD. Освен това компанията TI предлага допълнителна платформа за разработка на централизирани или последователно свързани топологии на соларни инвертори: The C2000 High-Voltage MPPT Kit (TMDSHVMPPTKIT) на цена от $550 и C2000 High-Voltage Single-Phase Inverter Kit (TMDSHV1PHINVKIT) на цена от $450. Всички развойни комплекти са достъпни в матазина на TI eStore и са представени в обобщен вид с пълен набор от софтуерни библиотеки, примери и пълни хипер връзки за хардуерната част. Проектантите могат безплатно да използват програмното обезпечение и примерните проектни средства за разработка C2000 controlSUITE™.
Категории: Новини
|
Тагове: CEO, e-passports, FR4, NFC таг, PET фолио, PragmatIC, RFID, SensoInk, Гъвкави интегрални схеми, Електронни паспорти, Печатни полимерни сензори, Печатни сензори за натиск & температура, Радиочестотна идентификация, Различен IoT
