© Pixabay
Technologie |
Internet rzeczy bez źródła zasilania
Od czujników IoT nie musimy wiele wymagać. Pomiar, przesłanie danych i powrót do stanu niskiego zużycia energii, a wszystko to wykonywane z małą częstością. Okazuje się, że przez większość czasu internet rzeczy w ogóle nie potrzebuje zasilania.
Niektóre inteligentne sensory mogą działać przez lata, będąc zasilane jedynie małą baterią. Jeśli wyeliminujemy konieczność wykorzystywania stale podłączonego źródła zasilania, a urządzenia dalej mogłyby długo pracować bez ładowania, wówczas znacznie zredukujemy ich wymiary i masę. Tego typu rozwiązania można zastosować chociażby w nieinwazyjnych czujnikach medycznych, które mogłyby zyskać zupełnie nowe formy, redukując przy tym wiele niedogodności wiążących się z ich wykorzystaniem.
Czujniki IoT mogłyby przybrać dowolnie wybraną formę, jak na przykład naklejki czy plastra, które zawierałyby w sobie wszystkie niezbędne komponenty. Poza medycyną takie rozwiązanie znajdzie zastosowanie we wszystkich aplikacjach, gdzie mierzy się m.in. temperaturę, wilgotność czy ciśnienie. To jednak nie koniec zastosowań - naklejki można wyposażyć również w proste bezdotykowe czujniki obecności czy ruchu. Powstaje w ten sposób nowy rodzaj inteligentnych czujników łączących zalety niskiego poboru energii z technologią RFID, które mogą być zasilane bezpośrednio energią pochodzącą z pola radiomagnetycznego emitowanego przez czytniki. Pozbawione baterii czujniki przekazują dane jedynie w momencie, w którym czytnik wysyła im żądanie i nie przechowują danych niezależnie.
Rysunek 1 prezentuje uproszczony diagram bloków funkcyjnych pasywnego czujnika w formie naklejki. Znajduje się w nim m.in. interfejs do komunikacji z analogowym, bądź cyfrowym przetwornikiem, dopasowania sygnału, komunikacji bezprzewodowej i zarządzania zasilaniem.
Zintegrowanie tego typu elementów celem utworzenia systemu zdolnego do pracy jedynie przy zasilaniu poprzez energię elektromagnetyczną wymaga wysokich umiejętności od projektanta, który musi zwrócić uwagę na obciążenia obliczeniowe i wydajne zarządzanie mocą urządzenia. Oprócz tego czujnik musi również zachować małą i elastyczną formę, które to wymagania rosną w przypadku aplikacji noszonych, takich jak sensory biometryczne.
Na rynku obecne są już rozwiązania oparte na wysoce zintegrowanych pasywnych czujnikach. W swoim portfolio takie produkty posiada ON Semiconductor, który oferuje m.in. czujniki temperatury, wilgotności i jakości wody, pracujące w paśmie częstotliwości 860 - 960 MHz.
Rys. 2. Czujnik ON Semiconductor mierzy ciśnienie i wilgotność poprzez
wykrywanie zmian impedancji w pętli pobudzenia.
Podobnym rozwiązaniem jest także RF430FRL152H od Texas Instruments, w którym zintegrowano wszystkie elementy z rys. 1, w tym 14-bitowy przetwornik ADC sigma-delta do łączności z sensorami analogowymi oraz port SPI/I2C, który można wykorzystać do pracy z cyfrowymi.
Ekosystem wspierający tego typu czujniki składa się nie tylko z samych sensorów, ale też gotowych przenośnych czujników z wbudowanym interfejsem graficznym i łącznością IoT. Zastąpienie tagów RFID inteligentnymi czujnikami prowadzi do uzyskania znacznie większej ilości danych ze śledzonych obiektów przy podobnym nakładzie energii.
Odczyt danych z pasywnych czujników nie jest jednak możliwy tylko i wyłącznie przy wykorzystaniu czytników mobilnych. Mogą to być również urządzenia zamontowane w jednym miejscu, śledzące dane z mijających je produktów. Rozwiązanie takie można wykorzystać m.in. w halach produkcyjnych czy magazynach w celu śledzenia stanu ich wyposażenia. Bez czujników konieczne byłoby użycie sterowanego manualnie urządzenia, takiego jak termometr działający w paśmie podczerwieni, co wiąże się nie tylko z większym nakładem pracy, okazjonalnymi niedokładnościami, ale także często z brakiem zdalnego dostępu do danych i utrudnia ich przechowywanie.
Artykuł uzyskany dzięki uprzejmości © Digi-Key Electronics.
Rysunek 1 prezentuje uproszczony diagram bloków funkcyjnych pasywnego czujnika w formie naklejki. Znajduje się w nim m.in. interfejs do komunikacji z analogowym, bądź cyfrowym przetwornikiem, dopasowania sygnału, komunikacji bezprzewodowej i zarządzania zasilaniem.
Zintegrowanie tego typu elementów celem utworzenia systemu zdolnego do pracy jedynie przy zasilaniu poprzez energię elektromagnetyczną wymaga wysokich umiejętności od projektanta, który musi zwrócić uwagę na obciążenia obliczeniowe i wydajne zarządzanie mocą urządzenia. Oprócz tego czujnik musi również zachować małą i elastyczną formę, które to wymagania rosną w przypadku aplikacji noszonych, takich jak sensory biometryczne.
Na rynku obecne są już rozwiązania oparte na wysoce zintegrowanych pasywnych czujnikach. W swoim portfolio takie produkty posiada ON Semiconductor, który oferuje m.in. czujniki temperatury, wilgotności i jakości wody, pracujące w paśmie częstotliwości 860 - 960 MHz.
Rys. 2. Czujnik ON Semiconductor mierzy ciśnienie i wilgotność poprzez
wykrywanie zmian impedancji w pętli pobudzenia.
Podobnym rozwiązaniem jest także RF430FRL152H od Texas Instruments, w którym zintegrowano wszystkie elementy z rys. 1, w tym 14-bitowy przetwornik ADC sigma-delta do łączności z sensorami analogowymi oraz port SPI/I2C, który można wykorzystać do pracy z cyfrowymi.
Ekosystem wspierający tego typu czujniki składa się nie tylko z samych sensorów, ale też gotowych przenośnych czujników z wbudowanym interfejsem graficznym i łącznością IoT. Zastąpienie tagów RFID inteligentnymi czujnikami prowadzi do uzyskania znacznie większej ilości danych ze śledzonych obiektów przy podobnym nakładzie energii.
Odczyt danych z pasywnych czujników nie jest jednak możliwy tylko i wyłącznie przy wykorzystaniu czytników mobilnych. Mogą to być również urządzenia zamontowane w jednym miejscu, śledzące dane z mijających je produktów. Rozwiązanie takie można wykorzystać m.in. w halach produkcyjnych czy magazynach w celu śledzenia stanu ich wyposażenia. Bez czujników konieczne byłoby użycie sterowanego manualnie urządzenia, takiego jak termometr działający w paśmie podczerwieni, co wiąże się nie tylko z większym nakładem pracy, okazjonalnymi niedokładnościami, ale także często z brakiem zdalnego dostępu do danych i utrudnia ich przechowywanie.
Artykuł uzyskany dzięki uprzejmości © Digi-Key Electronics.
