НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(НИЯУ МИФИ)
Отчёт по ДЗ №1
по курсу “Сети”
Энергетика «умной пыли»
Выполнил: Филонов А.А.
Группа: А9-09
Преподаватель: доц. Лапшинский В. А.
Москва 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛОССАРИЙ
СТРОЕНИЕ УМНОЙ ПЫЛИ
ВОЗМОЖНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
МЕРЫ ПО СНИЖЕНИЮ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
ВВЕДЕНИЕ
В данной работе рассматриваются варианты источников питания, которые возможно использовать для умной пыли.
ГЛОССАРИЙ
Умная пыль – сеть из малых беспроводных микроэлектромеханических систем(МЭМС) и дополнительных устройств, которые могут взаимодействовать между собой и получать данные о состоянии внешней среды (например температуре, свете, давлении)
Мот - базовые элементы «умной пыли». Каждый мот имеет собственные сенсоры, вычислительный узел, коммуникацию и питание.
Суперконденсатор - электрохимическое устройство, конденсатор с органическим или неорганическим электролитом, «обкладками» в котором служит двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита. Функционально представляет собой гибрид конденсатора и химического источника тока.
СТРОЕНИЕ УМНОЙ ПЫЛИ
Группируясь вместе, моты автоматически создают очень гибкие сети с малым потреблением питания. Мот снимает показания и передает их на управляющий модуль, которым может быть такой же, но более крупный контроллер либо персональный компьютер. Там информация анализируется и передается дальше: либо к оператору, который примет решения о дальнейших действиях, либо к программе, которая вместо человека будет принимать решение. Одно из главных преимуществ данных сетей в том, что один сенсор может связаться с другим сенсором или управляющим модулем как напрямую, так и через другие моты. Выход из строя одного или нескольких мотов не в состоянии критически повлиять на работу всей сети. Данные сети могут применяться для управления климатом, устройств для развлечения, устройств охраны, мониторинга технического состояния зданий и коммуникаций, в целях наблюдения и разведки и т.д.
[/c]ВОЗМОЖНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
На данный момент источники в реальности воплощены два варианта источников питания
1) Литиевые батареи
2) Солнечные батареи
Но в последующем возможно использование альтернативных источников питания, которые используют энергию окружающей среды.
ЛИТИЕВЫЕ БЫТАРЕИ
Самый простой с технологической точки зрения источник энергии, кроме того такой источник энергии хорошо интегрируется в технологию изготовления кремниевых микросхем. Для лучшего удовлетворения мгновенных запросов энергии также используется суперконденсатор, Величина энергии на единицу объёма которую может сохранять в себе суперконденсатор примерно в 100 раз меньше чем величана энергии на еденицу объёма в литиевой батарее, но суперконденсатор может доставлять энергию за считанные секунды в отличие от литиевой батареи.
Рис. 1 Один из действующих прототипов мота, источником питания которой служит литиевая батарея
В дальнейшем возможно использование толстоплёночных литиевых батарей, отличающихся от обычных литиевых батарей тем, что они сделаны из тонких материалов толщиной всего несколько нанометров или микрометров, что позволяет уменьшить размеры самой батареи до нескольких миллиметров.
Рис. 2 Схема толстоплёночной литиевой батареи
ФОТОЭЛЕМЕНТЫ
Солнечная энергия наиболее доступный источник энергии. Фотоэлементы могут вырабатывать энергию не только на открытом солнце, но и в освещённом помещении. КПД лучших образцов фотоэлементов примерно 30%. Фотоэлементы не всегда могут обеспечить прямое питание систем мота, но могут использоваться для зарядки батарей или суперконденсаторов, таким образом увеличивая автономное время работы.
Рис. 3 Схема мота использующего солнечную батарею
Рис. 4 Модель ползающего микроробота использующего солнечные батареи в качестве единственного источника питания
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Альтернативными источниками могут служить вибрации окружающей среды, окружающее тепло и электромагнитные волны, излучаемые окружающими бытовыми приборами. Также источник электромагнитных волн может быть специально установлен в определённом месте для питания умной пыли.
На данный момент существует разработка Массачусетского технологического института в виде автономного чипа использующего в качестве источников питания солнечную энергию, вибрации окружающей среды и тепло окружающей среды. Управляет системой получения электроэнергии сложная цепь контрольных датчиков. Разработчики системы подчеркивают, что каждый источник энергии имеет собственный КПД. Так, на термальных разницах можно генерировать от 0,02 до 0,15 вольт, на солнечном свете от 0,2 до 0,7 вольт, а на вибрации - до 5 вольт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе рассматривались варианты источников питания для умной пыли. В работе было выяснено на мотах используются различные источники энергии, имеющие свои плюсы и минусы а именно:
- Литиевые батареи. Имеют относительно большой запас энергии но в тоже время имеют большие размеры
-Фотоэлементы. Имеют небольшие размеры, но не могут использоваться на прямую как источник энергии в относительно больших мотах, также напряжение зависит от окружающих условий.
-Альтернативные источники энергии. Колебания и тепло окружающей среды, электромагнитные волны излучаемые бытовыми приборами – являются гипотетическими источниками энергии и вероятнее всего будут использоваться на мотах относительно малых размеров, на данный момент воспроизведены в реальных условиях (не создано образцов умной пыли использующей такие источники энергии)
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1) http://valinfo.ru
2) http://cybersecurity.ru/it/155003.html
3) http://www.eecs.berkeley.edu/IPRO/Summary/Old.summaries/03abstracts/warneke.1.html
4) http://nano-e.ucoz.ru
5) http://corum.mephist.ru
6) http://wikipedia.org
7) http://www.computerworld.com/s/article/79572/Smart_Dust?taxonomyId=15&pageNumber=2
8) http://www.seminarpaper.com/2011/12/smart-dust-technology.html
9) Energy and performance considerations for smart dust.
L. Doherty, B.A. Warneke, B.E. Boser, and K.S.J. Pister |
