عقدة استشعار لاسلكي (WSN) تلعب دورا رئيسيا في تعزيز إنترنت الأشياء (تقنيات عمليات) التنمية. ميزة WSN أن لها منخفضة استهلاك الطاقة، وحجم صغير للغاية، وسهلة التركيب. للعديد من التطبيقات من الأشياء، مثل الهواء الطلق التطبيقات المثبتة، يمكن للطاقة الشمسية أن يكون WSN المستخدمة. عندما يكون هناك ضوء في الأماكن المغلقة، هو مدعوم من النظام عن طريق الشمس، في حين أن دقيقة شحن بطاريات زر أو المكثفات الفائقة لفي غياب الضوء لتشغيل النظام.

بشكل عام، والعقد الاستشعار اللاسلكية والأجهزة القائمة على الاستشعار، وما شابه ذلك هو المسؤول عن مراقبة درجة الحرارة أو الرطوبة أو الضغط البيئات. عقدة بجمع البيانات من أي نوع من أجهزة الاستشعار، ونقل البيانات لاسلكيا إلى وحدة التحكم، مثل جهاز كمبيوتر أو جهاز الهاتف النقال، وفي هذه العملية، وتقييم البيانات واتخاذ الإجراءات اللازمة. من الناحية المثالية، عقدة السلطة ويمكن الحصول على وظيفة آليات جمع الطاقة، ويصبح مستقلا عن الجهاز. في الشعور العام، هو عملية جمع التقاط الطاقة وتحويل الطاقة من ضوء آخر أثر، والاهتزاز، أو مصادر الطاقة الحرارية للعملية.

الشكل 1: تصميم مثال تجميع الطاقة النظام

ويوضح الشكل 1 رسم تخطيطي لكتلة من نظام حصاد الطاقة. يتم جمع الطاقة من قبل نظام حصاد الطاقة (الألواح الشمسية على سبيل المثال)، من قبل إدارة الطاقة الدوائر المتكاملة (PMIC) إلى طاقة مستقرة، ومن ثم استخدام المكثفات تسرب منخفضة، وتخزين مقاومة منخفضة. ويمكن تزويد الطاقة إلى واجهة جهاز استشعار الحمل (مثل متحكم MCU)، لاسلكية لنقل بيانات الاستشعار. في هذا الرقم، ونظام حصاد الطاقة (EHS) هو العقد الاستشعار اللاسلكية.

الشكل 2: مثال على نظام عقدة جهاز استشعار لاسلكية

ويوضح الشكل 2 رسم تخطيطي لكتلة من عقدة استشعار لاسلكية. هنا، يتم معالجة بيانات الاستشعار سيتم نقلها لاسلكيا عن طريق البلوتوث الطاقة منخفضة (بليه). بليه هو المدى القصير، وانخفاض الطاقة التطبيقات اللاسلكية القياسية، تطبق على حالة الاتصال أو معلومات التحكم. بليه في 2.4 غيغاهرتز ISM الفرقة وثنائي التحول تردد القفل (GFSK) عملية التشكيل، لدعم معدل البيانات ميغابت في الثانية 1.

ويستخدم إدارة الطاقة IC (PMIC) لتشغيل جهاز جمع الطاقة التي جمعتها الطاقة، والحاجة لدعم الخاصة منخفضة للغاية الاستقرار قوتها. مجازيا، والاستهلاك الحالي للجهاز منخفضة السرو S6AE103A PMIC 280 غ، والسلطة بدءا من 1.2 يسكونس (انظر الشكل 3). هكذا، في بيئة الإنارة المنخفضة في حوالي 100 LX، كمية الطاقة لا يزال من الممكن الحصول عليها من الألواح الشمسية المدمجة.

الشكل 3: رسم بياني للجهاز لحصاد الطاقة S6AE103A PMIC

تصميم كفاءة العقد الاستشعار اللاسلكية

علينا أن نتأمل فى خطوة في تصميم جهاز استشعار لاسلكي الليمفاوية المعنية:

الخطوة 1: تحديد الأجهزة:

من حيث المعدات، تحتاج إلى استشعار المناسب، وMCU ان نورد في نهاية المطاف جهاز حصاد الطاقة، وPMIC. قد تحتاج مكونات سلبية إضافية، اعتمادا على تصميم.

قد يكون استشعار التناظرية أو استشعار رقمية. العديد من أجهزة الاستشعار متوفرة الآن في السوق على أساس استخدام حافلة الدوائر المتكاملة (I2C)، المسلسل المحيطية واجهة (SPI) أو غير متزامن استقبال الارسال (UART) واجهة رقمية موحدة لأجهزة الاستشعار. منخفض جدا استشعار استهلاك الطاقة متوفرة في السوق أيضا. من اجل الحفاظ على التكلفة المنخفضة والتصغير من الأجهزة مع متكاملة MCU بليه يمكن تبسيط تصميم وتقليل الوقت اللازم للتسويق. لزيادة تسريع تصميم، العديد من المصنعين الاستخدام المتكامل للغاية، معتمدة بشكل كامل وحدة برمجة، مثل شجرة السرو EZ-بليه وحدات. تتكون وحدة من MCU الرئيسي، واثنين من بلورات، لوحة رقاقة أو الهوائي، والمساكن، وعناصر سلبية. وبما أن هذه الوحدات لديها بالفعل على شهادة بليه اللازمة، والمنتجات إلى الأسواق قريبا.

FIG: 4 وحدات نموذجية BLE: تعمل بالطاقة الشمسية طاقة منخفضة بلوتوث منارة استشعار CYALKIT-E02

الخطوة 2: تصميم البرامج الثابتة وتقدير استهلاك الطاقة

بعد اختيار MCU للبرمجة، فإن الخطوة التالية هي لكتابة البرامج الثابتة المناسبة. الوظائف الأساسية للحاجات الثابتة ليكون واجهة لجمع بيانات الاستشعار، والتجمع، أو كومة مع لاسلكية لنقل بليه من البيانات، وحدة المعالجة المركزية يمكن أن تكون مسؤولة عن تجهيز البرامج الثابتة.

منذ استهلاك منخفضة للغاية هو مفتاح العملية، يحتاج إجمالي الاستهلاك الحالي في الاعتبار من البداية. إجمالي استهلاك الطاقة هو مجموع الطاقة من الطاقة المستهلكة من قبل أجهزة الاستشعار وتستهلك MCU. منذ أجهزة الاستشعار عادة لا تستهلك الكثير من الطاقة الكلية، وينبغي أن يكون التركيز على كيفية MCU استهلاك الطاقة إلى الحد الأدنى. قبل لتحسين الحالية، للنظر في المكونات الرئيسية الثلاثة من الطاقة المستهلكة في MCU الداخلية: CPU، وأجهزة الاستشعار واجهة وحدة (على سبيل المثال، I2C، SPI، الخ) والنظام الفرعي بليه. هنا، عندما دفعتها لاسلكي (على سبيل المثال، وتكساس وآر إكس بليه)، وهي مستهلك رئيسي للطاقة الكهربائية سيكون الراديو بليه.

يوفر جزءا لا يتجزأ من MCU مختلف وضع الطاقة المنخفضة للحد من الاستهلاك الحالي. تحتاج مصممي البرامج الثابتة للنظر في هذه الوضع المنخفضة للطاقة وتصميم رموز ذلك أن متوسط الاستهلاك الحالي يمكن تقليل إلى أدنى حد ممكن. على سبيل المثال، بيانات الاستشعار ليس تغيير سرعة لحظية، الثابتة المطلوبة بين بيانات الاستشعار عن المسح (على سبيل المثال، كل 5 إلى 10 ثوان، اعتمادا على فترة استشعار). لقراءة البيانات من قبل بليه استشعار، تنتقل بطريقة لاسلكية.

بليه البرامج الثابتة، واستشعار قد نقل حزم البيانات جنبا إلى جنب مع بليه بث. نحن لا ننصح، جنبا إلى جنب مع غيرها من البث حزمة بيانات الشحن كثيرا، حيث سيؤدي ذلك إلى زيادة التيار. في الفترة الفاصلة بين البث والفاصل استشعار المسح، MCU بحاجة للدخول في وضع الطاقة المنخفضة، على سبيل المثال، هو "وظيفة النوم." منخفضة الطاقة الموقت الوكالة الدولية للطاقة الموقت، عندما يمكن الانتهاء من العد التنازلي، استيقظ الجهاز. من أجل استخدام عملية المنخفض للطاقة، هو الأمثل لMCU، فاصل الموقت الداخلي بليه عند نهاية البث، جهاز يمكن أن يستيقظ في وظيفة النوم. الشكل 5 يبين تدفق تشغيل البرامج الثابتة.

تم تصميم كفاءة عقدة استشعار لاسلكية لمعالجة الثابتة التأسيس: الرقم 5

كما الثابتة تصميم دام جيد، يمكنك قياس التيار. يمكنك قياس لوحات الدوائر الالكترونية النموذج الحالي. يرجى ملاحظة، وبدء التشغيل MCU والوضع الحالي الاستهلاك المنخفض يتطلب إجراء منفصل. طالما أنك تعرف ذلك الوقت، على التوالي، للبدء في وضع MCU ومنخفضة الطاقة من العملية، ومتوسط الاستهلاك الحالي هو:

(Iactivex Tactive) + (س ILowPower TLowPower)

Tactive + TLowPower

Tactive + TLowPower

مع متوسط التيار الرقمي، يمكنك اضربها الجهد PMIC، والعثور على متوسط القوة.

الخطوة 3: تحسين فعالية البرامج الثابتة، للحد من معدل الاستهلاك الحالي

يمكن أن يكون ذلك، لحساب التصميم الأولي من الطاقة العالية، حصاد الطاقة PMIC لا يمكن أن تدعم. إذا كان الأمر كذلك، تحتاج إلى تحسين البرامج الثابتة. هناك عدة طرق فعالة للقيام بذلك:

يتم تنفيذ MCU الأمثل رمز التمهيد: عند بدء تشغيل MCU، لا تحتاج ساعة تردد عالية مثل ساعة الكريستال 24 ميغاهيرتز الخارجية المنتجة لتشغيل بليه. أولا، إيقاف عقارب الساعة من أجل توفير الطاقة. ثانيا، يمكنك استخدام وقت على مدار الساعة الكريستال لتحقيق الاستقرار، والذي هو أيضا أحد المكونات يبدأ. هذه الساعات يستقر تدريجيا، MCU يمكن نقلها إلى وضع الطاقة المنخفضة مرة أخرى، يجوز للانخفاض على مدار الساعة تردد الداخلية على مدار الساعة هو الوقت المناسب للاستيقاظ الجهاز في طور الإعداد. وباختصار، فإن وقت تنفيذ رمز بدء التشغيل يمكن أن تكون طويلة جدا، ومصممي البرامج الثابتة تحتاج إلى تقليل الاستهلاك الحالي بدء التشغيل.

أ. تقليل الرئيسي حدة المعالجة المركزية تردد التشغيل

ب. في قبل الدخول في وضع الطاقة المنخفضة، وضع محرك السيطرة، ودبابيس MCU لمنع تسرب التيار.

ج. إغلاق واجهة التصحيح.

وهذه الخطوات تساعد على تقليل معدل الاستهلاك الحالي.

الخطوة 4: الأجهزة التصميم

مع البرامج الثابتة الأمثل السلطة، فمن PMIC الأجهزة المصممة تستند إلى الوقت. ويبين الشكل 6 تصميم بسيط PMIC جمع في أساس الطاقة.

الشكل 6: تصميم بسيط من حصاد الطاقة

أولا، جهاز تخزين PMIC لتخزين الطاقة الشمسية VSTORE1 (VST1)، والمكثفات السيراميك في هذا المثال من 300 F. عندما يصل VST 1 VOUTH V، والطاقة يمكن أن تنتقل إلى MCU. ولكن هذا تصميم بسيط حصاد الطاقة لا يمكن أن تعمل طوال اليوم، لأنه لا يوجد مكثف النسخ الاحتياطي. دعونا نرى، كيفية عمل نسخة احتياطية مكثف لزيادة مع الأجهزة PMIC، وكيف مكثف قادرة على دعم MCU.

الرقم 7: حصاد الطاقة مكثف النسخ الاحتياطي

الطاقة اللازمة لتشغيل WSN المخزنة لأول مرة في VST 1، 2 VST المتبقي الطاقة للشحن. قدمت WSN لمدة التخزين في الحالة التي يكون فيها الطاقة من VST أن يكون المشع أي ضوء. وعلاوة على ذلك، مبلغا إضافيا قد تكون متصلا بطارية زر PMIC، لزيادة الموثوقية، كما هو مبين في الشكل.

الرقم 8: عدد وافر من الطاقة جمع مدخلات الطاقة

الانتقال PMIC بين اثنين من مصادر الطاقة، بحيث يمكن WSN (حتى من دون إضاءة الحالة) يعمل تحت جميع الظروف. التحويل التي يتم إنشاؤها تلقائيا، وإمدادات الطاقة إلى WSN عند الضرورة. ولذلك، ينبغي أن يكون هذا أنسب تصميم الأجهزة WSN.

خطوة 5: تصميم واجهة المستخدم

متصلة عقدة استشعار لاسلكية قد يكون الهاتف المحمول تصميم واجهة المستخدم WSN تلقي البيانات من التطبيق. منذ يتم بث بيانات الاستشعار الحزم قد تحدث في وضع ثابت، ويمكن تصميم التطبيق بليه لتكون قادرة على استخراج البيانات ذات الصلة من هذه المواقف، ويعرض البيانات على هاتفك. ويمكن استخدام هذه التقنية لإدارة وافر من WSN شبكة معقدة منها.