EO

Wereldrecord energiezuinige dataconversie voor IoT

04 december 2019 om 13:01 uur

Het succes van IoT, dat bestaat uit veel kleine en autonoom werkende sensoren, hangt in hoge mate af van het energieverbruik. De energie die nodig is om de fysieke signalen om te zetten in digitale data, kan nog flink omlaag. Daarbij ligt de nadruk vaak op de eigenlijke omzetting van analoog naar digitaal. Maar daaraan vooraf is er nog een energie vretende stap die vaak wordt genegeerd.


UT-onderzoeker Harijot Singh Bindra, die onlangs cum laude promoveerde op het proefschrift Low energy design techniques for data converters,  heeft beide stappen aangepakt, met als resultaat een drastisch lager energieverbruik. De UT spreekt trots van een wereldrecord.


Als we straks worden omgeven door vele sensoren die verbonden zijn met het internet, moet het vervangen van batterijen niet onze grootste zorg zijn. Een van de aantrekkelijke opties is dat de sensor zijn eigen energie uit de omgeving haalt, bijvoorbeeld uit licht of beweging. In het project ‘Plantenna', dat de gezondheid van planten monitort, zou de energie uit de plant genoeg moeten zijn om de sensor te voeden. Om dit mogelijk te maken, moet het energieverbruik van elke onderdeel van een sensorknooppunt echter flink omlaag. Het omzetting van de fysieke signalen uit de omgeving naar digitale informatie, is nog steeds verantwoordelijk voor een belangrijk deel van het energieverbruik.

 

10 jaar met een enkele knoopcel

In deze AD-conversie is volgens Bindra nog winst te halen. "Maar er is meer. De eigenlijke sensor staat altijd ‘aan', om de veranderingen in de omgeving meteen te kunnen meten. Het kost ook energie om dit signaal naar de AD-converter te sturen. Dit is de spreekwoordelijke ‘elephant in the room' waar vaak overheen wordt gekeken." Bindra heeft gewerkt aan het energieverbruik van beiden, met als resultaat een energieverbruik dat tot 3 keer lager ligt dan de huidige zuinigste schakeling. Het gaat om minder dan een picojoule (10-12 joule) per conversiestap. Dat betekent bijvoorbeeld dat een batterij van het ‘button cell' type meer dan 10 jaar mee kan.

 

Verlies beperken

Bindra heeft een successive approximation AD-converter ontworpen. Het basisidee van dit type schakeling is dat het ingangssignaal wordt vergeleken met een referentie die verandert. Stap voor stap komt er dan een nauwkeurige digitale code uit. Het is de vergelijking met het referentiesignaal, de comparator, die 50 tot 60% van de totale energie verbruikt. Elke stap in de vergelijking verbruikt een minimum hoeveelheid energie die tijdelijk wordt opgeslagen. Die energie gaat verloren aan het eind van de vergelijking en moet, voor de volgende stap, weer worden bijgevuld. Bindra gebruikt maar een deel van de energie, zodat het verlies ook kleiner is. De energie hangt af van het spanningsverschil na iedere vergelijking, en van de capaciteitswaarde: door allebei slim bij te stellen, kan het verbruik van de comparator omlaag.


Belangrijk is ook dat, om de AD conversie mogelijk te maken, het signaal van de sensor daarvoor ‘klaargemaakt' wordt. Bestaande sensoren zijn vaak gekoppeld aan een relatief grote condensator die wordt opgeladen met het hele spanningsbereik. Laat de waarde van het ingangssignaal bepalen welke condensator wordt ingeschakeld, is Bindra's benadering. Het resultaat is dat de energie die nodig is om het sensorsignaal klaar te zetten voor de AD converter, met een factor 2 tot 3 omlaag kan.

 

Samen met de buren

De draadloze communicatie van elk sensorknooppunt is een grote energieverbruiker. De dataconversie is een belangrijk onderdeel van deze communicatie. Een andere strategie waaraan de UT werkt, is het minimaliseren van de communicatie. Dat kan bijvoorbeeld door sensoren te laten samenwerken met hun buren.

 

Gerelateerd nieuws

Hoe gebruik je exoskeletten gezond en veilig in de industrie?

Hoe gebruik je exoskeletten gezond en veilig in de industrie?

Nu prototypes van exoskeletten hun nut hebben bewezen, zal het gebruik ervan naar verwachting gaan toenemen. Tot nu toe worden ze vooral ingezet bij het aanpakken van werkgerelateerde aandoeningen aan het…

Handreiking om veiligheidsrisico’s door taal te voorkomen

'Handreiking' om veiligheidsrisico’s door taal te voorkomen

Miscommunicatie door taal wordt steeds meer erkend als een belangrijk veiligheidsrisico. Cijfers van de Inspectie SZW geven aan dat het verkeerd omgaan met procedures en instructies een oorzaak kan zijn van zware…

‘Eenvoudig aanpassen aandrijfsystemen leidt tot 30% - 60% energiebesparing’

‘Eenvoudig aanpassen aandrijfsystemen leidt tot 30% - 60% energiebesparing’

Door eenvoudige aanpassingen aan elektrisch aangedreven machines kunnen deze 30% tot 60% efficiënter worden. Bedrijven besparen zo al tussen de 3% en 10% op hun elektriciteitsverbruik. Dat blijkt uit een pilot van…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

28 januari 2020, D&F kantoor Breda

SIL & PL Specialist, machine safety met TÜV persoonscertificaat

28 jan, 04 feb, 18 feb, 03 mrt, 10 mrt en 24 mrt 2020 Examen: 31 maart 2020

28 januari 2020, Den Bosch

Productie Proces Automatisering event

Het Productie Proces Automatisering event richt zich op de productie- en procesindustrie, machinebouwers,...

30 januari 2020, Maarssen

Jaarcongres Industriële Veiligheid

Het Jaarcongres Industriële Veiligheid toont ontwikkelingen op het gebied van machine-, proces- en...

Meer agendapunten »