AIoT: Die Verbindung von Künstlicher Intelligenz und IoT

AIoT-Systeme: Intelligente Verwaltung großer Datenmengen

AIoT ermöglicht selbstorganisierende Systeme, die lokale Verarbeitungsschleifen schaffen, in denen Daten aus mehreren Sensoren gesammelt, analysiert und verarbeitet werden - ohne Eingreifen auf oberster Ebene (Abbildung 1).


Das IoT-Netzwerk ist für die Datenerfassung und Kommunikation verantwortlich, während maschinelles Lernen (AI) Muster erkennt, Vorhersagen trifft und automatisierte Reaktionen ermöglicht.

Die wichtigsten Vorteile von AIoT sind:

• Skalierbarkeit - Mehr Sensoren können hinzugefügt werden, ohne das System zu überlasten
• Mustererkennung in Echtzeit - Edge Computing verarbeitet Daten lokal, wodurch Übertragungsverzögerungen reduziert werden
• Schnellere Reaktionszeiten - Systemreaktionen erfolgen in Millisekunden statt in Sekunden
• Fehlertoleranz - AI erkennt ungenaue oder fehlende Daten und umgeht fehlerhafte Knoten
• Weniger menschliche Fehler - Automatisierte Entscheidungsfindung reduziert manuelle Eingriffe

Diese Vorteile fördern Innovationen in zahlreichen „smarten“ Systemen. Smart Cities analysieren den Verkehrsfluss in Echtzeit, erkennen Unfälle, priorisieren Einsatzfahrzeuge und optimieren den öffentlichen Verkehr. Smart Grids verbessern die Netzstabilität, die Lastverteilung, die Integration erneuerbarer Energien und Speichersysteme. Smart Healthcare nutzt Wearables, um medizinische Notfälle zu überwachen und vorherzusagen. Auch die Smart Industry profitiert, etwa durch ein effizientes Just-in-Time-Lieferkettenmanagement, optimierte Produktionslinien und zustandsbasierte Wartung.

Stromversorgung für AIoT: Die Rolle intelligenter Netzteile

Eine zuverlässige Stromversorgung ist für AIoT-Einsätze entscheidend. Während einige auf Energy Harvesting oder Langzeitbatterien setzen, haben diese Ansätze erhebliche Einschränkungen. Eine Million IoT-Sensoren mit einer Batterielebensdauer von zehn Jahren würden den Austausch von 275 Batterien pro Tag erfordern - eine unpraktikable Lösung.

Ein AC/DC-Netzteil ist nicht nur eine Stromquelle - es wird zu einer aktiven Komponente des AIoT-Systems, wenn es mit einer digitalen Kommunikationsschnittstelle wie dem PMBus-Protokollausgestattet ist.

PMBus: Digitale Steuerung für AIoT-Stromversorgungen

Das PMBus-Protokoll, eine Erweiterung des I²C-Standards (Inter-Integrated Circuit), ermöglicht Fernüberwachung, Spannungsanpassungen und Fehlererkennung mit kostengünstiger Implementierung.


Die wichtigsten Vorteile des PMBus für AIoT

• Fernsteuerung der Stromversorgung - Ein-/Ausschalten oder Standby-Modus aktivieren
• Spannungs - und Stromanpassungen - Ausgangsleistung je nach AI-Berechnungen modifizieren
• Echtzeit-Diagnosen - Temperaturüberwachung, Eingangszustand und Fehlercodes analysieren
• Fehlervorbeugung - AI kann Lastspitzen vorhersagen und Stromversorgungseinstellungen proaktiv anpassen

PMBus in der Praxis: AI-gesteuertes Powermanagement

AI-Algorithmen erkennen Nutzungsmuster und optimieren die Netzteile dynamisch. In Batterieladestationen kann das System beispielsweise:

• Thermische Belastung reduzieren, indem es stabile Betriebstemperaturen beibehält
• Lüftergeschwindigkeiten anpassen, um Energieverbrauch und Geräuschentwicklung zu minimieren
• Überlastabschaltungen verhindern, indem es vorausschauend die Betriebsmodi ändert

Obwohl PMBus bis zu 127 Geräte an einem einzigen Bus unterstützt, kann eine zu hohe Kapazität die Signalqualität beeinträchtigen. Die Lösung sind PMBus-Repeater-ICs, die Netzteile in Gruppen segmentieren (Abbildung 4).


Diese Repeater, die über einen "always-on" 5V-Hilfsausgang betrieben werden, ermöglichen:

• Erweiterte Buslänge für umfangreiche AIoT-Installationen
• Energiesparmodus für kontinuierliche Fernüberwachung
• LoRa-Integration für drahtlose Steuerung über große Entfernungen

Digitale Schnittstellen für AIoT-Stromversorgungen

Busgesteuerte Netzteile, wie das RACM1200-V, bieten digitale Kommunikationsschnittstellen, die:

• Multifarbige LED-Statusanzeigen zur sofortigen Fehlerdiagnose beinhalten
• Vorwarnfunktionen für Spannungsschwankungen und Überhitzung bieten
• Programmierbare Grenzwerte ermöglichen, um dem AI-System Reaktionszeit vor Fehlerzuständen zu geben

Fazit: AIoT und die Zukunft intelligenter Stromversorgungen

AIoT verändert Branchen mit intelligenter Automatisierung, Echtzeitanalysen und selbstoptimierenden Netzwerken. Als weltweit führender Hersteller von AC/DC- und DC/DC-Wandlern entwickelt RECOM aktiv PMBus-fähige Netzteile, um die nächste Generation von AIoT-Systemen zu unterstützen.

[1] Remi El-Ouazzane „A Tsunami of TinyML Devices is Coming”, EE Times, 07.28.2023