افزایش عمر باتری گوشی های هوشمند با استفاده از تکنیک های مدیریت انرژی

گوشی های هوشمند به کالایی غیرقابل جایگزین در زندگی روزمره ما تبدیل شده اند. در زندگی حرفه ای و شخصی انسان ها، هر کاری به نوعی به این دستگاه ها مربوط می شود. برای تامین وابستگی فزاینده ما، این تلفن های هوشمند هر روز قدرتمندتر می شوند. پردازنده‌های قدرتمند، فضای ذخیره‌سازی بیشتر و دوربین های بهبودیافته ویژگی‌هایی هستند که هر خریدار به دنبال آن است.

به غیر از سیستم عامل، مصرف کنندگان از برنامه های کاربردی مختلفی نیز استفاده می کنند که از سنسورها و قدرت پردازش متفاوت دستگاه، بهره می گیرند. همه این فرآیندها برای کار کردن به یک منبع انرژی نیاز دارند که در مورد دستگاه های تلفن همراه، باتری است. این باتری ها باید هر چند وقت یکبار شارژ شوند تا فرآیندها به خوبی ادامه یابد. از این رو، عمر باتری بیشتر، یکی دیگر از معیارهای مهم برای انتخاب گوشی هوشمند است. اما متاسفانه فناوری مرتبط با بهینه‌سازی عمر باتری با سرعتی برابر با سایر بخش‌های گوشی‌های هوشمند توسعه نیافته است.

متخصصین مجموعه آی سی پارس، در این مقاله به تکنیک های نرم افزاری و سخت افزاری برای بهینه سازی عمر باتری گوشی های هوشمند پرداخته اند.

تکنیک های نرم افزاری مدیریت انرژی

علاقه بسیار زیاد کاربران به استفاده از گوشی‌های هوشمند مدرن با قدرت پردازش و سرعت اتصال به اینترنت بالاتر، تعداد داده‌ها و برنامه‌های سخت‌افزاری فشرده را در سیستم عامل های اندروید و iOS افزایش داده است. برنامه هایی مانند واتس اپ، اینستاگرام، اسکایپ و … نه تنها به منابع CPU نیاز دارند، بلکه به اتصال دائمی اینترنت نیز نیازمندند. مطالعات نشان داده است که استفاده از اینترنت حدود 62 درصد از مصرف برق در حالت بیکار را تشکیل می دهد.

تکنیک های مدیریت توان سخت افزاری

سیستم‌های تعبیه‌شده، تراشه‌ها، پردازنده‌ها و حسگرهای مختلف برای هوشمند کردن دستگاه‌های تلفن همراه به صورت همزمان یکپارچه شده‌اند. هر یک از دستگاه های سخت افزاری در حین کار، انرژی مصرف می کند. از بین همه این ماژول های الکترونیکی، ماژول فرستنده-گیرنده بیشترین مقدار انرژی را مصرف می کند زیرا برای مدت طولانی به منظور دریافت بسته های ارسالی، فعال باقی می ماند. تکنیک های نرم افزاری مختلفی برای بهینه سازی انتقال داده این بسته ها مورد بحث قرار گرفته است. پردازنده های سیگنال دیجیتال Digital Signal Processors ،  اجزای کلیدی ماژول های فرستنده-گیرنده هستند که حجم زیادی از داده ها را برای کاربردهای چند رسانه ای، پردازش می کنند. کاهش ولتاژ تغذیه این DSP ها یک روش مستقیم برای کاهش مصرف برق است.

برای افزایش طول عمر باتری، DSP یک گوشی هوشمند، به یک انباشت ضربی کم مصرف و پرتوان (Multiply Accumulation یا  (MAC در طول دوره مکالمه و یک عملکرد متناوب کم مصرف در طول دوره انتظار نیاز دارد. یک مدار CMOS چند آستانه ای 1 ولتی این الزامات را با یک معماری موازی ساده و تکنیک مدیریت توان (با استفاده از یک پردازنده تعبیه شده) که در کنار یک DFF اصلاح شده و مناسب برای کنترل منبع تغذیه، استفاده می شود، برآورده می کند.

به غیر از پردازنده ها و فرستنده ها، صفحه نمایش یکی دیگر از مصرف کنندگان اصلی انرژی باتری است:

پژوهش ها نشان داده است که کاهش عمر باتری در طول زمان می تواند به دلیل پلی وینیلیدن فلوراید (PVDF) نیز باشد، که یک چسبنده است که برای جلوگیری از لایه برداری آند گرافیت، در باتری ها استفاده می شود. PVDF نارسانا است و به دلیل میزان چسبندگی ضعیف، در الکترولیت حل می شود. یک کوپلیمر مزدوج نوع n جدید Bis-imino-acenaphthenequinone-paraphenylene (BP) نیز پیشنهاد شده است که عملکرد بهتری نسبت به باتری های مبتنی بر PVDF معمولی داشته، عمر باتری را افزایش داده و با بالا رفتن سن باتری از تخریب آن جلوگیری کرده است.

محققان همچنین یک واحد مدیریت توان پویا (PMU) پیشنهاد کرده‌اند که اطلاعات مربوط به پارامترهای مختلف پردازنده و دستگاه‌های ورودی/خروجی را در حین اجرای برنامه‌های مختلف روی گوشی هوشمند جمع‌آوری می‌کند، سپس PMU بر اساس اطلاعات جمع‌آوری‌شده، طرح‌های پیش بینی شده مدیریت آگاهانه انرژی را پیشنهاد می‌کند.

چشم انداز مدیریت انرژی گوشی های هوشمند

سرعت پیشرفت صنعت گوشی های هوشمند از نظر قدرت پردازش و سایر ویژگی ها بسیار سریعتر از باتری است. محققان اکنون بر روی تکنیک های مدیریت انرژی توسط نرم افزار و همچنین ابزارهای سخت افزاری برای مدیریت کارآمد انرژی باتری های موجود، تمرکز کرده اند. تکنیک‌های مختلفی که در مقاله مورد بحث قرار گرفتند، چشم انداز امیدوارکننده‌ای دارند و برای افزایش چند برابری عمر باتری گوشی‌های هوشمند مورد استفاده قرار می‌گیرند.