Predstavte si, že sa vám inteligentné hodinky vybijú pred večerou. Zmeškáte upozornenia, počet krokov a informácie o srdcovej frekvencii. Krátka výdrž batérie robí používateľov nešťastnými.
Najpriamejšia vec, ktorú si používatelia všimnú, je batéria. Krátka výdrž batérie a neustále nabíjanie robia používateľov nespokojnými.
Dizajnéri čelia veľkej výzve. Musia pridať viac funkcií do menších nositeľných zariadení bez toho, aby spotrebovávali príliš veľa energie. Musia pozorne sledovať spotrebu energie. Staré, fixné metódy napájania nedokážu držať krok s tým, ako sa používatelia menia, takže sa energia plytvá. To vedie k častému nabíjaniu a náhlemu vybíjaniu batérie.
Tento článok vysvetľuje optimalizáciu nízkej spotreby energie pre dizajn nositeľných zariadení. Poskytuje jasný plán na vyváženie výkonu, spotreby energie a používateľského zážitku. Uvidíte problém, pozriete sa na možnosti napájania a naučíte sa robiť inteligentné rozhodnutia.
Kľúčové poznatky
Pre dlhšiu výdrž batérie vyberte súčiastky s nízkou spotrebou energie, ako napríklad MSP430 alebo ARM Cortex-M0+.
Na pulzné zapínanie a vypínanie senzorov použite cyklické striedanie, čo znižuje spotrebu energie o viac ako polovicu.
Používajte kontextové snímanie na zmenu spotreby energie na základe toho, čo používateľ robí, a šetrite tak batériu, keď odpočíva.
Využite zber energie a správu napájania založenú na umelej inteligencii na ešte väčšie zníženie spotreby energie.
Vyvážte výkon a efektivitu odosielaním náročných úloh na doprovodné zariadenie a používaním bezdrôtových protokolov s nízkou spotrebou energie, ako je BLE.
Spotreba energie v nositeľnej elektronike
Každé nositeľné zariadenie, ktoré vyrobíte, má rovnaký problém: v malom puzdre nie je veľa energie. Predtým, ako môžete čokoľvek vylepšiť, musíte vedieť, kam táto energia ide. Hlavnými spotrebiteľmi energie sú senzory, procesory, bezdrôtové rádiá a displeje . Každá súčasť spotrebuje určitú časť batérie a spolu určujú, ako dlho vaše zariadenie bude fungovať.
Primárne odbery energie v nositeľných zariadeniach
Senzory neustále zhromažďujú údaje. Procesory tieto údaje premieňajú na užitočné informácie. Bezdrôtové rádiá odosielajú výsledky do telefónu alebo cloudu. Displeje ukazujú používateľom, na čom záleží. Každá súčiastka spotrebúva energiu vlastným spôsobom a vy potrebujete poznať čísla.
Kategória komponentov | Špecifická zložka | Spotreba energie |
|---|---|---|
Senzor (meranie srdcovej frekvencie) | Elektronický senzor tetovania | 3 mW |
Roztiahnuteľné OLED pole so senzorom PPG | 16.5 mW | |
Komprimovaný snímací PPG IC | 1.66 mW | |
Systém s vysokou vzorkovacou frekvenciou | 13.468 mW | |
Procesor (výpočet srdcovej frekvencie) | Procesor BioAIP | 46.8 μW |
Procesor ternárnych neurónových sietí | 746 nW | |
Štatistická FFT s nízkym výkonom | 2.4 mW | |
Bezdrôtový (prenos) | Bezdrôtová senzorová záplata BLE | pod 3 mW |
Kompresný algoritmus DCT-IV | pod 5 mW | |
Adaptívna modulácia dynamickej spätnej väzby | 60 mW | |
Systém monitorovania srdcovej frekvencie s bezdrôtovým prenosom | 44.57 mW | |
Trojvodičový prenosný bezdrôtový prenosový systém |
Dosah je úžasný. Malý procesor neurónovej siete spotrebuje iba 746 nW, ale plne bezdrôtový prenosový systém spotrebuje 72.6 mW. Tento rozdiel je obrovský. Výber súčiastok priamo ovplyvňuje váš rozpočet na energiu.
Úloha tvarového faktora v životnosti batérie
Veľkosť vášho nositeľného zariadenia obmedzuje kapacitu batérie, ktorú môže mať. Keď zmenšíte batériový blok, pojme menej energie . Inteligentný prsteň má oveľa menej miesta ako inteligentné hodinky, takže jeho batéria ukladá menej energie. Toto obmedzenie vás núti premýšľať o efektívnosti od začiatku.
Kúpa súčiastok, ktoré spotrebúvajú menej energie, pomáha predĺžiť životnosť batérie. Plány riadenia napájania sú veľmi dôležité. Nemôžete len tak pridať väčšiu batériu. Musíte znížiť spotrebu energie.
Predstavte si bezdrôtovú komunikáciu. Reklama BLE v rýchlom režime spotrebuje približne 0.48 mA . Stredný režim spotrebuje približne 0.078 mA. Pomalý režim spotrebuje iba 18 µA. Váš mikrokontrolér beží na približne 4 mA, keď je aktívny, zatiaľ čo senzor IMU spotrebuje menej ako 5 µA. Tieto čísla ukazujú, aký dôležitý je váš komunikačný plán.
Váš plán správy napájania musí vyvážiť všetky tieto veci. Musíte sa rozhodnúť, ktoré časti zostanú zapnuté a ktoré sa vypnú. Musíte si vybrať, kedy odoslať dáta a kedy ich uložiť lokálne. Každá voľba ovplyvňuje výdrž batérie a používateľskú skúsenosť.
Návrh hardvéru pre optimalizáciu nízkej spotreby energie
Výber správnych komponentov začína znalosťou vášho energetického rozpočtu. Potrebujete procesory, ktoré dokážu hlboko spať. Potrebujete senzory, ktoré spotrebúvajú malé množstvo energie, nie veľké. Procesor GPX10 od spoločnosti Ambient Scientific používa špeciálny analógový dizajn výpočtov v pamäti. To umožňuje nositeľným zdravotníckym zariadeniam prevádzkovať umelú inteligenciu celé mesiace na malé batérie. To je veľký krok vpred v technológii čipov s ultranízkou spotrebou energie.
Výber súčiastok ovplyvňuje váš plán napájania. Vyberte si systém na čipe s niekoľkými režimami nízkej spotreby energie. Hlavný procesor nechajte väčšinu času v režime spánku. Na neustály zhromažďovanie údajov použite ovládač s veľmi nízkou spotrebou energie. Tento ovládač prebudí hlavný procesor iba v prípade potreby. Tento rozdelený dizajn šetrí veľa energie.
Dobre si premyslite výber displeja. AMOLED obrazovky, ktoré dokážu vypnúť každý pixel, spotrebujú až o 40 % menej energie ako LCD. Tento rozdiel je v malom zariadení dôležitý. Veľkosť batérie zostáva rovnaká, takže každý ušetrený miliwatt jej predlžuje výdrž.
Výber energeticky úsporných komponentov
Začnite s procesorom. Hľadajte čipy, ktoré prirodzene spotrebúvajú málo energie. Rodina MSP430 je stále dobrou voľbou pre jednoduché úlohy. Pre náročnejšie úlohy hľadajte procesory s dynamickým škálovaním napätia a frekvencie (DVFS) . DVFS mení napätie a rýchlosť na základe toho, čo systém v danom okamihu potrebuje. Počas jednoduchých úloh systém beží pomalšie . Keď používateľ potrebuje rýchlu odozvu, procesor sa zrýchli. Štúdie ukazujú, že DVFS ušetrí 27.74 % až 47.74 % energie v nízkopríkonových VLSI dizajnoch. Tento rozsah ukazuje skutočné a merateľné úspory energie.
Dôležitá je aj vaša voľba bezdrôtového pripojenia. Bluetooth Low Energy (BLE) je stále štandardom pre nositeľné zariadenia. Dobre zvláda nízke zaťaženie. Na veľmi krátke vzdialenosti spotrebuje NFC ešte menej energie. Wi-Fi alebo mobilné pripojenie si ušetrite na zriedkavé vysokorýchlostné prenosy.
Technológia batérií sa neustále zlepšuje. Kremíkovo-uhlíkové kompozitné anódy zvyšujú hustotu energie približne o 25 % bez toho, aby zväčšili zariadenie. To znamená viac energie na rovnakom mieste. Získavanie energie pridáva ďalšiu možnosť. Integrovaný obvod bq25570 od spoločnosti Texas Instruments získava slabú energiu z telesného tepla, pohybu alebo svetla. Zvyšuje vstupné napätie 300 – 400 mV na 3 – 5 V, aby sa batéria nabila. Získaná energia sama o sebe nedokáže napájať inteligentné hodinky, ale pomáha batérii a predlžuje jej výdrž.
Rozloženie dosky plošných spojov a techniky napájania
Rozloženie vašej dosky plošných spojov priamo ovplyvňuje správu napájania. Na úplné vypnutie nepoužívaných blokov použite synchronizáciu napájania . Tým sa zníži zvodový prúd v nečinných častiach. Dynamické škálovanie napätia funguje s synchronizáciou napájania. Spoločne vytvárajú plán na úplné zníženie napájania.
Navrhnite si dosku plošných spojov s viacerými napájacími koľajnicami. Integrovaný obvod riadenia napájania (PMIC) riadi a posiela napájanie cez tieto koľajnice. PMIC zabezpečuje nabíjanie a pridáva bezpečnostné prvky. Taktiež poskytuje rôzne úrovne napätia rôznym súčiastkam. Vaša senzorová lišta môže pracovať s napätím 1.2 V, zatiaľ čo vaša rádiová lišta potrebuje 1.8 V.
Dôležitý je aj tepelný manažment . Vyššia spotreba energie vytvára viac tepla. Toto teplo môže spôsobiť nepohodlie alebo bezpečnostné problémy pri zariadeniach nosených na hlave alebo zápästí. Na dobré rozptylovanie tepla používajte dosky plošných spojov s nízkym tepelným odporom. Vysokoúčinné súčiastky znižujú výskyt horúcich miest skôr, ako vzniknú.
Vypnite nepoužívané periférne hodiny v rámci SoC. Každé aktívne hodiny spotrebúvajú energiu. Nastavte optimalizované formáty dátových rámcov na zníženie veľkosti užitočného zaťaženia. Menšie užitočné zaťaženie znamená kratšie časy prenosu. Kratšie prenosy znamenajú menší rádiový výkon.
Pripojte časti na upozornenie pacienta, ako sú vibrátory, LED diódy a displeje, k ovládaču s ultranízkou spotrebou energie. Toto nastavenie umožňuje hlavnému procesoru zostať v režime spánku. Ovládač s nízkou spotrebou energie zvláda jednoduché úlohy. Hlavný procesor prebúdza iba pri komplexnej analýze. Tento návrhový vzor maximalizuje čas spánku a znižuje plytvanie energiou.
Váš plán správy napájania musí brať do úvahy každú súčasť. Každá voľba ovplyvňuje celý systém. Dobrá správa napájania predlžuje výdrž batérie. Premyslený dizajn vyvažuje výkon s účinnosťou. Výsledkom je zariadenie, ktoré vydrží celý deň a udrží používateľov spokojných. V nositeľnej elektronike je každé rozhodnutie dôležité. Nositeľná elektronika potrebuje komplexný systémový prístup. Energetická účinnosť začína na úrovni komponentov. Táto optimalizácia presahuje rámec jednotlivých častí.
Softvérové a komunikačné stratégie pre správu napájania
Váš hardvérový výber určuje základ, ale firmvér rozhoduje o tom, ako dobre túto energiu využijete. Inteligentný softvér dokáže výrazne predĺžiť výdrž batérie bez toho, aby bolo potrebné meniť akékoľvek súčiastky. Hlavnou myšlienkou je vedieť, kedy musí byť vaše zariadenie aktívne a kedy môže bezpečne prejsť do režimu spánku.
Optimalizácia firmvéru a cyklovanie pracovného zaťaženia
Cyklovanie pracovného cyklu je jedným z najsilnejších nástrojov vo vašej súprave na správu napájania. Namiesto neustáleho spúšťania senzorov ich počas nečinnosti pulzujete nižšími frekvenciami. Predstavte si plynový senzor s ohrievačom, ktorý nepretržite odoberá 34 mA. Pulzovaním ohrievača na 40 % pracovný cyklus znížite priemerný prúd na 15.65 mA. Spotreba energie klesne zo 102 mW na 46.95 mW . Senzor zostáva dostatočne teplý, aby reagoval rýchlo, a napriek tomu ušetríte viac ako polovicu energie.
Proces sa riadi jednoduchým vzorom. Najprv predhrejte senzor pulzným prúdom s frekvenciou 2 kHz. Pracovný cyklus nad 40 % významne neskracuje čas predhrievania. Potom prepnite do režimu pokoja a ponechajte si 40 % pulz na udržanie tepla. Nakoniec, keď potrebujete nameranú hodnotu, priveďte plný jednosmerný prúd. Nahromadené teplo rýchlo zahreje senzor na pracovnú teplotu, takže čakaním stratíte málo energie.
Firmvér riadený udalosťami zvyšuje tieto úspory. Nahraďte slučky dotazovania logikou riadenou prerušeniami . Zoskupte úlohy tak, aby bežali v jednom cykle prebudenia. Vypnite nepoužívané periférie a hodiny. Na presun údajov použite priamy prístup do pamäte. Každá metóda skracuje aktívny čas a aktívny čas stojí energiu.
Vstavané strojové učenie ide ešte ďalej. Hlboké posilňovacie učenie sa prispôsobuje zvykom každého používateľa v reálnom čase. Multiagentný systém riadi každú časť samostatne. Transferové učenie zrýchľuje nastavenie pre nových používateľov. Tento prístup predlžuje výdrž batérie o 36 % a zvyšuje spokojnosť používateľov o 25 % . Vaše zariadenie sa učí, kedy spíte, kedy cvičíte a kedy kontrolujete upozornenia. Prispôsobuje operácie tak, aby zodpovedali situácii.
Využitie nízkoenergetických bezdrôtových protokolov
Vaša voľba bezdrôtového pripojenia ovplyvní celý váš rozpočet na energiu. Bluetooth Low Energy zostáva štandardom pre nositeľné zariadenia a ponúka výdrž batérie 3 až 5 rokov . Protokoly LPWAN vydržia až 10 až 15 rokov, ale lepšie sa hodia na použitie typu „nasaď a zabudni“ ako interaktívne nositeľné zariadenia. Nevýhodou je latencia a rýchlosť prenosu dát. BLE dobre zvláda časté, malé prenosy. LPWAN vyniká pri zriedkavých, malých aktualizáciách na dlhé vzdialenosti.
Presunutie výpočtov na doplnkové zariadenie znižuje spotrebu energie systému až o 20 %. Vaše nositeľné zariadenie zhromažďuje nespracované dáta, odosiela ich do telefónu a získava späť spracované výsledky. Tým sa z malej batérie odoberá náročná spracovateľská činnosť. Váš plán správy napájania by mal zvážiť tento hybridný prístup.
Dôležité sú aj dizajnové voľby v plánovaní komunikácie. Odosielajte v pravidelných intervaloch. Komprimujte užitočné zaťaženie. Prebúdzajte rádio iba v prípade potreby. Tieto malé voľby prispievajú k významným úsporám energie počas životnosti vášho zariadenia.
Vyváženie výkonu a efektivity v nositeľnej elektronike
Pri navrhovaní nositeľných zariadení neustále čelíte voľbám. Každá funkcia, ktorú pridáte, spotrebuje energiu. Každý senzor, ktorý zahrniete, vybíja batériu. Kľúčom je vedieť, čo vaši používatelia skutočne potrebujú a kedy to potrebujú.
Riadenie kompromisov v používateľskej skúsenosti
Začnite s výberom mikrokontroléra. ARM Cortex-M0+ poskytuje najlepšiu kombináciu výkonu a nízkej aktívnej spotreby. Rozšírenia DSP čipu M4 zrýchľujú úlohy, ako je Kalmanovo filtrovanie. Rýchle časy prebudenia a samočinné periférie umožňujú vášmu MCU zostať v režime spánku, kým prahové hodnoty senzorov nespustia akciu. Tento plán napájania výrazne znižuje spotrebu energie.
Technológia batérií si vyžaduje ďalší kompromis. Jednorazové batérie udržia viac energie, ale sťažujú návrh. Nabíjateľné batérie umožňujú tenšie konštrukcie. Batérie s vlastným tvarom najlepšie využívajú priestor. Malá veľkosť obmedzuje kapacitu batérie, takže musíte plánovať s ohľadom na tento limit.
Integrácia senzorov prináša podobné výzvy. Senzory založené na CMOS umožňujú bohaté funkcie, ale vyžadujú si starostlivý výber. Optické senzory potrebujú materiály prenikajúce svetlom. Napájanie bráni vybíjaniu batérie, ale zvyšuje zložitosť návrhu. Vaša najlepšia úroveň integrácie závisí od používateľskej skúsenosti, nákladov a prípadov použitia. Táto voľba formuje celý váš plán napájania.
Bezdrôtová komunikácia spotrebúva najviac energie vo vašom systéme. Bluetooth Smart zostáva hlavnou možnosťou s nízkou spotrebou energie. Frekvencia a množstvo odosielaných dát výrazne ovplyvňuje výdrž batérie. Vysoké objemy dát môžu batériu vybiť v priebehu hodín. Opatrný prístup ju predlžuje na týždne alebo mesiace. Musíte sa rozhodnúť, ako často sa bude vaše nositeľné zariadenie synchronizovať s telefónom. Tento plán je kľúčovou súčasťou vášho plánu napájania.
Kontextové snímanie preruší snímanie, keď nie je potrebné. Vaše nositeľné zariadenie môže znížiť meranie srdcovej frekvencie, keď používateľ odpočíva. Zvýši meranie počas cvičenia. To šetrí energiu v tichých chvíľach a zároveň zachováva plnú funkčnosť počas aktívneho používania.
Kontextové snímanie šetrí batériu v tichých časoch a zároveň zachováva plnú funkčnosť počas aktívneho používania.
Príklady úspešného vyvažovania z reálneho sveta
Moderné nositeľné zariadenia rozdeľujú prácu medzi viacero procesorov. Hlavný vysokovýkonný mikrokontrolér (MCU) je spárovaný so špecializovanými senzorovými rozbočovačmi a vždy zapnutými koprocesormi. Počas nečinnosti hlavný procesor prechádza do hlbokého spánku s veľmi nízkou spotrebou energie. Malý senzorový rozbočovač bežiaci na mikroampéroch zvláda jednoduché úlohy, ako je počítanie krokov. Hlavný procesor sa prebúdza iba pri náročných úlohách, ako je grafika alebo hovory.
Adaptívna kompresia pamäte ukazuje skutočné výsledky. Táto metóda znižuje skutočné nároky na prístup k pamäti a zároveň zachováva výkon. Štúdie ukazujú úsporu energie o 20 – 25 % . Plánovanie pamäte s ohľadom na spotrebu energie zapína extra pamäť iba počas predpokladaných časov vyťaženosti. To prináša až o 30 % lepšiu účinnosť batérie.
Metóda | Kvantitatívny vplyv na kompromis |
|---|---|
Adaptívny odber vzoriek (štúdia NSF) | Znižuje objem dát až o 69 % a znižuje spotrebu energie jadrového subsystému o viac ako 57 % |
Edge AI / TinyML (výskum MDPI) | Dosahuje presnosť viac ako 88 % pri sledovaní pohybu a zároveň znižuje odosielanie nespracovaných údajov |
Fúzia senzorov s pracovným cyklom | Šetrí približne 35 % energie takmer bez straty presnosti merania |
Dobré nositeľné zariadenia pre spotrebiteľov majú spoločné dizajnové ponaučenia. Prinášajú zábavu a vzrušenie, aby zvýšili spokojnosť používateľov. Dlhodobo udržiavajú batériu a znižujú frekvenciu nabíjania. Ponúkajú pochvalu, odmeny a včasné upozornenia. Umožňujú používateľom prispôsobiť si rozhrania a ciele. Zameriavajú sa na čitateľnosť s jasnými fontmi a dobrým kontrastom. Budujú dôveru prostredníctvom spoľahlivého zaznamenávania údajov a ochrany súkromia.
Presun úloh s vysokou spotrebou energie šetrí batériu. Úlohy spracovania a zobrazenia sa odosielajú do spárovaného smartfónu pomocou rozhrania Bluetooth Low Energy. Mikrokontroléry s ultranízkou spotrebou energie, ako napríklad ARM Cortex-M0 alebo TI MSP430, spracovávajú dáta rýchlo a v stave nečinnosti prechádzajú do úsporného režimu. Úprava signálu zo senzorov s nízkou spotrebou energie, ako napríklad operačný zosilňovač OA4NP od spoločnosti STMicro s výkonom 580 nA na kanál , znižuje spotrebu energie z periférií. Tieto možnosti ukazujú inteligentné využívanie energie v nositeľných zariadeniach.
Dynamické škálovanie napätia a frekvencie čelí svojim limitom. Krivky účinnosti regulátora napätia, réžia spínania a minimálne úrovne napätia vytvárajú „mŕtve zóny“. Zníženie frekvencie nie vždy znamená rovnakú úsporu energie. Oneskorenia prebudenia z hlbokého spánku sa pohybujú od mikrosekúnd do milisekúnd. Musíte si vybrať medzi rýchlou odozvou a úsporou energie.
Tepelný manažment pridáva ďalšiu vrstvu. Vysokovýkonná práca vytvára teplo, ktoré spúšťa škrtenie. Vysoké teplo urýchľuje starnutie a znižuje efektívnu kapacitu. Lítium-iónové batérie vykazujú nelineárne krivky vybíjania. Limity špičkového prúdu môžu spôsobiť poklesy napätia počas vysokovýkonných nárastov. Váš rozpočet na energiu musí tieto skutočnosti zohľadniť.
Optimalizácia nízkej spotreby energie si vyžaduje komplexný prehľad. Vyvažujete potreby používateľov s energetickými limitmi. Vyberáte súčiastky, ktoré zodpovedajú vašim prípadom použitia. Používate kontextové metódy, ktoré sa prispôsobujú skutočnému správaniu. Tento prístup poskytuje nositeľné zariadenie, ktoré vydrží celý deň a udrží používateľov spokojných.
Nové trendy v dizajne nízkoenergetických zariadení
Optimalizácia nízkej spotreby energie sa neustále zlepšuje. Nové technológie vám umožňujú prekročiť staré limity. Vynikajú dva trendy: zber energie a správa napájania riadená umelou inteligenciou.
Zber energie a pokročilé batérie
Zber energie odoberá energiu z vášho okolia. Piezoelektrické materiály premieňajú pohyb tela na elektrickú energiu. Spoločnosť Koninklijke Philips NV používa flexibilné piezoelektrické materiály do oblečenia a doplnkov. Ich produkty dosahujú 5 – 10 mW z denných aktivít. Tento výkon stačí pre senzory a bezdrôtové komunikačné moduly.
Spoločnosť KAIST postavila hybridnú štruktúru, ktorá kombinuje flexibilné piezoelektrické polyméry s pevnou keramikou. Viacvrstvová konštrukcia zosilňuje piezoelektrický efekt. Ich prototypy nepretržite prevádzkujú senzory a malú elektroniku, pričom využívajú iba zozbieranú energiu.
Fotovoltaické články ponúkajú ďalšiu možnosť. Flexibilné kremíkové a perovskitové fotovoltaické články sa hodia do náramkov alebo textílií. Napájajú zariadenia ako inteligentné hodinky a pulzné oxymetre. Termoelektrické generátory využívajú telesné teplo s teplotou okolo 37 °C na inteligentné oblečenie. Triboelektrické nanogenerátory (TENG) používajú režimy oddelenia kontaktov na napájanie nositeľných senzorov potu. Piezoelektrické nanogenerátory (PENG) sa umiestňujú do vložiek do topánok alebo remienkov hodiniek. Hybridné systémy kombinujú viacero zdrojov pre stabilnejšie zásobovanie.
Trh s piezoelektrickým získavaním energie je stále mladý. Hráči ako Hongkonský výskumný inštitút aplikovanej vedy a techniky, Intel Corp. a Analog Devices pomáhajú poháňať inovácie. Biopalivové články ponúkajú ďalšiu možnosť. Získavajú chemikálie z potu. Tieto články sa dajú vyrobiť ako roztiahnuteľná elektronická koža alebo tlačiteľné články na báze textílií. Pokročilé články sa tiež zlepšujú. Flexibilné články a ultratenké komponenty umožňujú nové tvary a dlhšiu dobu prevádzky. Získavanie energie zvyšuje výkon vášho zdroja energie. Predlžuje dobu prevádzky bez zväčšenia veľkosti.
Správa napájania riadená umelou inteligenciou
Algoritmy strojového učenia teraz predpovedajú správanie používateľov. Vaše nositeľné zariadenie sa učí, kedy spíte alebo cvičíte. Mení operácie pre maximálnu efektivitu bez zásahu používateľa. Táto optimalizácia s využitím umelej inteligencie znižuje plytvanie elektrinou. Algoritmy sa časom prispôsobujú vašim zvykom. Naučia sa, kedy kontrolovať senzory a kedy zostať nečinné.
Edge computing naďalej spracováva lokálne. Do roku 2025 sa produkty posunú od sledovania stavu k kľúčovým prvkom internetu vecí. Prepoja sa so systémami inteligentnej domácnosti, platformami rozšírenej reality a vozidlami. Techniky umelej inteligencie/strojového učenia bežia priamo na hardvéri a vykonávajú úlohy rozpoznávania, klasifikácie a predikcie. Deje sa to bez vysokej spotreby elektriny alebo nákladov na prenos dát. Vaše zariadenie spracováva tieto úlohy na okraji siete. Pri každom rozhodnutí nie je závislé od cloudových serverov.
Táto metóda znižuje potrebu odosielať dáta do cloudu. Vaše zariadenie šetrí zdroje na bezdrôtové prenosy. Výsledkom je dlhšia výdrž batérie s inteligentnejšou správou napájania. Tieto trendy poukazujú na budúcnosť, v ktorej sa produkty budú menej spoliehať na veľké napájacie zdroje. Vašou úlohou je tieto technológie starostlivo kombinovať.
Optimalizácia nízkej spotreby energie nie je o obetovaní výkonu. Ide o inteligentné a kontextovo orientované rozhodnutia v celom návrhu. Vaša sada nástrojov zahŕňa hardvér, softvér a komunikačné stratégie. Vždy musíte zvážiť celý systém od senzora až po cloud. Každá voľba komponentu ovplyvňuje výdrž batérie. Každé rozhodnutie o firmvéri ovplyvňuje vašu celkovú efektivitu. K procesu vývoja pristupujte holisticky. Nové trendy, ako je zber energie a adaptívne algoritmy, sľubujú ešte väčšie úspory energie. Tieto zariadenia môžu bežať oveľa dlhšie bez kompromisov. Neustále sa učte a experimentujte s novými nápadmi. Vaše ďalšie nositeľné zariadenie dokáže skutočne efektívne vyvážiť výkon a energiu. Začnite s optimalizáciou ešte dnes.
Často kladené otázky
Koľko energie spotrebuje typický nositeľný komponent?
Spotreba energie sa v jednotlivých komponentoch značne líši. Malý procesor neurónovej siete spotrebuje iba 746 nW, zatiaľ čo plne bezdrôtový prenosový systém dokáže spotrebovať 72.6 mW. Vaše rozhodnutia priamo ovplyvňujú váš rozpočet na energiu, preto pred rozhodnutím o návrhu starostlivo zhodnoťte každú súčiastku.
Čo je to pracovná cyklistika a prečo je dôležitá?
Pracovný cyklus pulzuje zapínanie a vypínanie senzorov namiesto ich nepretržitého chodu. Napríklad ohrievač plynového senzora, ktorý nepretržite odoberá prúd 34 mA, klesne na priemerných 15.65 mA s pracovným cyklom 40 %. Táto technika dramaticky znižuje spotrebu energie a zároveň udržiava senzory v pohotovosti v prípade potreby.
Ktorý bezdrôtový protokol by som si mal zvoliť pre svoje nositeľné zariadenie?
Bluetooth Low Energy zostáva štandardnou voľbou pre väčšinu nositeľných zariadení a ponúka výdrž batérie 3 až 5 rokov. Protokoly LPWAN vydržia až 10 až 15 rokov, ale lepšie vyhovujú aplikáciám typu „nasaď a zabudni“. Pri výbere medzi nimi zvážte svoje potreby týkajúce sa frekvencie dát a latencie.
Ako vyvážim výkon s výdržou batérie?
Začnite s kontextovo orientovaným snímaním. Znížte kontroly srdcovej frekvencie počas pokoja, zvýšte ich počas cvičenia. Pre jednoduché úlohy použite ovládač s nízkou spotrebou energie a hlavný procesor prebudte iba pri komplexnej analýze. Tento prístup šetrí energiu počas období bez spánku a zároveň zachováva plnú funkčnosť, keď ju používatelia potrebujú.
