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如何实现免维护的传感器节点

文章来源:【工业电器网】 作者:【*】 点击:次 时间:2019/12/5 9:33:01

如何实现免维护的传感器节点

传感器作为物联网生态系统的关键一环,用于感知和采集温度、湿度、距离、液位等数据,通过以太网、Wi-Fi、蓝牙低功耗(BLE)、ZigBee、Sigfox等联接协议传输和汇总数据,进而通过专用软件解析这些数据并采取行动,最终实现系统自动化、预测性维护、智能农业、智能医疗护理、分析物联网世界海量数据等应用。随着物联网的高速增长,对数据存储、处理和传输的需求越来越高,将成为项目可持续性的重大问题。可考虑设计超低功耗的嵌入式硬件平台、能量采集的自供电、智能系统级电源管理等方案解决设计人员面临的能耗挑战。


从低功耗到免电池

免电池的传感器节点可降低成本,因为无需更换电池或无需维护,传感器工作寿命更长。采用免电池的物联网还有利于可持续发展,因为减小了对受限原材料如钴的依赖,和回收再利用预算。电磁开关、太阳能电池、振动能量采集器是可靠的、经验证的免电池技术,适用的应用如智能楼宇、家居的照明控制、远程控制,楼宇自动化的开门、窗,维护性应用的升降门运行计数器,安全应用的灭火器摘机检测等。

低功耗互联协议是实现免电池的关键,如低功耗蓝牙和Zigbee? Green Power。如今低功耗蓝牙无处不在,是分布广泛的生态系统。低功耗蓝牙和Zigbee? Green Power都具有超低功耗,支持通过能量采集实现免电池的应用,支持低功耗蓝牙或Zigbee? Green Power的设备可加入Mesh网络实现在扩展范围内安全地多对多通信。

行业最低功耗的蓝牙5无线电系统单芯片(SoC) RSL10极其适用于通过能量采集实现完全免电池的方案,它在接收模式功耗7 mW,深度睡眠模式功耗仅62.5 nW,获行业最高的EEMBC? ULPMark?评分。RSL10系统级封装(SIP)在一个6 x 8 x 1.46 mm的微型封装中集成RSL10无线电、天线和所有的无源器件,简化系统设计并最小化物料单(BOM),易于设计导入到任何智能无线互联应用中,且已通过美国、欧洲、日本等多国认证体系。


超低功耗的嵌入式硬件平台:RSL10传感器开发套件

RSL10传感器开发套件结合行业最低功耗的RSL10 SIP 和Bosch Sensortec的尖端传感器技术,包括环境光、惯性和环境传感器的十多个低功耗传感器,实现功耗优化、具有超长电池使用寿命的传感器节点,用于智能家居、智能楼宇、资产跟踪、个人物联网等应用。该套件高度集成,外形紧凑,还包含软件开发环境和可联接到云的移动应用程序 (App) RSL10 Sense and Control,开箱即用,从而简化和加快开发。这App读取该套件配套的众多传感器,并通过MQTT将传感器数据发送到云,也可通过MQTT订阅来自云的执行器数据。例如,使用RSL10传感器开发套件可快速构建、测试和部署用于工人安全的工业可穿戴设备或资产监控等应用。在工人安全应用用例中,可检测跌倒,迅速发出警报,减少对紧急情况的响应时间,也可预先发现高温有害的危险情况,最终减少受伤风险,降低运营成本,提高生产效率。

如何实现免维护的传感器节点

能量采集方案:RSL10太阳能电池多传感器平台

完全由太阳能供电的新型尖端传感器开发平台RSL10太阳能电池多传感器平台,免电池免维护,填补能源需求的缺口。该平台基于行业最低功耗的RSL10 SIP,结合Bosch Sensortec的超低功耗智能传感器进行温度、压力和湿度持续检测,通过低功耗蓝牙传输数据到云网关进行云互联,用于气候控制、工人安全和移动健康等应用。

如何实现免维护的传感器节点

RSL10太阳能电池多传感器平台的特性包括:

●提供持续监测技术,无需电池。

通过RSL10 SIP提供业界最低功耗的蓝牙?低功耗技术。

待机模式下为55 nw,0 dbm 时的Rx和Tx为10 mW。

支持信标(Beacon)和遥测传输。

使用带有Arm? Cortex?调试连接器(10引脚) 适配器的SEGGER J-Link完全可重新编程。

超低漏电流。

自适应占空比(自检可用的能量用于传输)。

双太阳能电池接口(通孔线焊或ZIF接口)。

超低功耗智能传感器。

低压、高精度温度传感器,温度范围宽(-40至125℃)(NCT203)。

结合数字湿度、压力和温度传感器(BME280)。

智能3轴超低功耗加速度计(BMA400),具有集成的唤醒和睡眠功能。

预闪存含交织Beacon固件。

Eddystone TLM Beacon。

传输存储电容器的电压电平、温度、上电后的时间以及上电后的广告包。

兼容低功耗蓝牙(BLE) Scanner应用程序(iOS?或Android?)。

定制环境服务Beacon。

传输温度、湿度和压力。

B-IDK CMSIS-Pack中提供了软件库和示例。

支持各种照明条件(人工照明或太阳能灯,低至180 lux)。


能量采集方案:蓝牙低功耗开关

安森美半导体的蓝牙低功耗开关完全以采集的能量工作,实现真正自供电的物联网应用,应用示例包括墙面和照明控制、楼宇自动化和资产跟踪。该方案结合行业最低功耗的RSL10 SIP和采埃孚股份公司(ZF Friedrichshafen AG)的高性能能量采集开关,每次按下及松开按钮产生350 μJ能量相当于在0 dBm每一传输信号只消耗17微焦(μJ)。这蓝牙低功耗开关无需降压-升压,减少BOM达25%,兼容安森美半导体的物联网开发套件(IDK)和蓝牙IDK (B-IDK),包括传感器、联接和致动器器件的全面阵容,易于联接到标准的BLE Scanner或移动/照明应用程序(iOS?或Android?),并配有完整的BoM、电路图、PCB布局和Gerber文件,以及免费使用的开关端固件。

如何实现免维护的传感器节点

能量采集方案:Zigbee Green Power开关

Zigbee Green Power 基于IEEE 802.15.4 规范,针对通过能量采集实现免电池的自供电设备。安森美半导体的Zigbee Green Power能量采集开关方案含1个能量采集开关、1个基于NCS36510的Zigbee Green Power模块和Zigbee3.0 GP协议栈,优势包括:免电池免维护,具成本优势,远距离联接,安装简单,兼容商用产品,本地Mesh。NCS36510是超低功耗的SoC射频收发器,接收功耗和发送功耗分别低至6.7 mW和6.0 mW。该方案的典型应用如照明控制、自动开门/窗等。

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