Разработана первая в России технология беспроводного питания устройств IoT и умного дома
Санкт-Петербургский университет ИТМО стал первым в России, кто разработал технологию, обеспечивающую беспроводное питание устройств интернета вещей и умного дома на расстоянии нескольких метров и более. Как сообщается на сайте университета, аналогов этой технологии на мировом рынке всего несколько, а в России подобных разработок ранее не было. Система полностью безопасна для человека и окружающей среды.
Многие устройства интернета вещей и умного дома, такие как сигнализации, подключаются к электросети с помощью проводов. Датчики движения, температуры, влажности и других параметров получают энергию от аккумуляторных батарей, которые требуют регулярной замены. Система беспроводного питания может решить проблему проводного подключения и постоянной замены батареек. Многим знакома беспроводная зарядка для смартфонов, представляющая собой специальную подставку с передающей катушкой внутри. Эта катушка создает переменное магнитное поле, а приёмная катушка в смартфоне преобразует его обратно в ток. Однако для работы такой зарядки необходимо, чтобы передающая и приёмная катушки находились в непосредственной близости друг к другу. Таким образом, технология, широко используемая для беспроводной зарядки смартфонов, не подходит для энергоснабжения датчиков умного дома.
«Перспективным и быстроразвивающимся направлением, к которому относится и наша разработка, считается беспроводная передача энергии на дальние расстояния. Ключевое отличие этой технологии заключается в расстоянии между приемником и передатчиком, которое может составлять от нескольких до десятков и сотен метров в зависимости от конкретного применения. Энергия в этой системе передается с помощью распространяющихся электромагнитных волн», – рассказала ведущий научный сотрудник физического факультета ИТМО Полина Капитанова.
Устройство для беспроводного питания маломощных устройств в дальней зоне состоит из двух небольших блоков, в которых размещены передатчик и приемник. Генератор в передатчике создаёт радиочастотный сигнал, а его мощность увеличивает усилитель. Фильтр исключает отражение электромагнитных волн на рабочей частоте от передающей антенны обратно в усилитель и препятствует прохождению волн вне диапазона рабочих частот. Передающая антенна излучает волны, которые распространяются в воздухе в заданном направлении, достигают антенны приёмника и преобразуются в переменный ток. Выпрямитель приёмника превращает переменный ток в постоянный. Наконец, система управления питанием накапливает энергию, преобразует параметры тока и напряжения в соответствие с типом подключаемого устройства и каждые несколько секунд отправляет ему энергию.
«Передатчик излучает энергию мощностью до 1,5 ватт. Это безопасное значение для человека и окружающей среды согласно нормам СанПиН и международным стандартам, разработанным крупнейшим в мире объединением инженеров электротехники IEEE. Энергия, передаваемая электромагнитными волнами, распределяется по большой рабочей области, частично рассеиваясь в воздухе, в результате чего до приемника доходит несколько милливатт энергии. Этого достаточно для питания нескольких маломощных устройств (или датчиков) в рабочей области одного передатчика, равной 0,8х1,2 метров», – резюмировал лаборант физического факультета ИТМО Андрей Кузьмичев.
Технология беспроводного питания маломощных устройств может широко использоваться для систем умного дома. Передатчик электромагнитной энергии, устанавливаемый в потолке, постоянно обеспечивает энергией датчики умного дома, расположенные на стенах. Разработку учёных ИТМО легко масштабировать. Достаточно разместить неограниченное количество передатчиков вдоль стены или по всей площади помещения.
«Масштабируемость технологии беспроводного питания особо важна в промышленных применениях. Например, современные складские помещения обладают высокой степенью автоматизации, для которой нужно отслеживать множество параметров – от расположения грузов до температуры и влажности. Конфигурация таких помещений динамично меняется, поэтому проводить питание к каждому датчику сложно, а менять в них аккумуляторные батареи зачастую невозможно. Наша технология предполагает модульность – можно создать зоны, внутри которых большое количество маломощных датчиков может получать питание беспроводным методом», – подчеркнул младший научный сотрудник физического факультета ИТМО Евгений Корешин.
Учёные ИТМО планируют адаптировать технологию и предложить новые технические решения для промышленных применений. Например, рабочая область, расстояние между приёмником и передатчиком, а также излучаемая мощность могут быть оптимизированы, исходя из технических требований.
Источник: ИТМО