Интеллектуальные пассивные датчики приносят новые варианты для вездесущих сенсорных измерений, которые могут контролировать давление, температуру, влажность или расстояние, устраняя проблемы, рассматриваемые традиционными интеллектуальными датчиками, такими как объем, энергопотребление и стоимость. Дизайнеры устройств теперь могут масштабировать интеллектуальные системы и IoT в ранее недоступные области и приложения без ограничений по размерам или ценам.

Растущая зависимость от * технологий и Интернета вещей (IoT) стимулирует спрос на датчики, которые легко развертываются от небольшого количества до большого количества и предлагают низкие затраты на масштабирование и отсутствие обслуживания.

Технологические достижения сделали возможным соединение между многими различными типами устройств. Интернет, который начался со смартфонов, превратился в сеть термостатов, бытовой техники, транспортных средств и других устройств, известных как Интернет вещей (IoT). Интернет вещей состоит из многих устройств, которые передают данные туда и обратно через различные интерфейсы, а беспроводные облачные интерфейсы являются обычными интерфейсами. По мере того, как количество подключенных устройств продолжает расти, потребность в большем количестве данных также растет.

Источников данных много, и электронные датчики обычно используются для сбора данных от подключенных устройств. Датчик - это устройство, которое преобразует физические или экологические характеристики, такие как температура и влажность, в электрические сигналы.

Спрос на данные стимулирует рост рынка различных типов датчиков, таких как датчики температуры, влажности, давления и расстояния, которые обеспечивают систему данными, необходимыми для работы. Поскольку кинетическая энергия Интернета вещей обрабатывает данные из различных источников, электронные датчики станут более популярными. Согласно исследованию Markets and Markets, рынок датчиков, как ожидается, превысит 38 миллиардов долларов в 2022 году. Необходимость получения большего количества данных датчиков из большего числа мест будет способствовать разработке новых датчиков, которые являются меньшими по размеру, потребляют меньше энергии и дешевле и легко развертываются в больших количествах и в небольшом пространстве.

Структура электронных датчиков

Традиционные электронные датчики, независимо от их конструкции, содержат одни и те же функциональные модули. Основной модуль датчика - фактический сенсорный элемент. Сенсорный элемент является частью датчика, который реагирует на среду датчика и преобразует условия окружающей среды в электрические параметры. В дополнение к сенсорным элементам датчики также требуют питания для электронных компонентов внутри датчика и для обработки данных и взаимосвязанных цепей. Большинство электронных датчиков включают сенсорные элементы, модули питания и модули обработки данных, расположенные на каждом сенсорном узле. Поскольку требуется больше сенсорных данных, затраты на расширение до нескольких сенсорных узлов становятся препятствием для некоторых приложений. Физические размеры устройств, необходимых для питания датчиков и модулей связи, ограничивают выбор малогабаритных датчиков, в то время как датчики, работающие от батарей, имеют проблемы с обслуживанием и окружающей средой, что также ограничивает развертывание датчиков в некоторых приложениях. Стоимость и размеры традиционных электронных датчиков ограничивают расширение сенсорных сетей или развертывание интеллектуальных сенсорных систем или одноразовых датчиков, препятствуя дальнейшему развитию Интернета вещей.

Поэтому необходим альтернативный подход, в идеале не полагаясь на громоздкие и дорогие батареи, микроэлементы управления (MCU) и связанные с ними схемы. Многие подключенные датчики проводят большую часть времени в режиме ожидания или сна, чтобы продлить время работы батареи, требуя питания и интеллекта только во время пробуждения для обмена небольшими пакетами с центральной системой. Если датчики временно питаются внешними источниками энергии и большая часть обработки данных выполняется извне, можно добиться экономически эффективного расширения сети датчиков и сделать экономически жизнеспособными такие инновации, как мультисенсорные датчики или одноразовые датчики.

Существует технология, которая может предложить решение: беспроводные пассивные датчики уже могут быть загружены памятью, запрошены или переписаны с помощью беспроводного считывателя и активированы энергией в RF - поле, передаваемом считывателем. Традиционные стандарты связи RFID проверены и являются стабильными и надежными, обеспечивая мощную платформу для разработки новых интеллектуальных пассивных датчиков, которые отделяют сенсорные функции от цепей питания и управления, необходимых для традиционных электронных датчиков.

Интеллектуальные пассивные датчики могут в большей степени использовать потенциал технологий и стандартов RFID для поддержки удобного и энергоэффективного беспроводного обмена данными. На рисунке 1 показаны ключевые функциональные компоненты интеллектуальных пассивных датчиков, включая антенны, детекторы стимуляции и ИК управления сенсорными блоками, для реализации функции маркировки пассивных датчиков путем интеграции печатной антенны и контура обнаружения стимуляции и радиочастотного IC.

Интеллектуальные пассивные датчики используют стандартный для отрасли протокол UHF Gen 2 и могут быть прочитаны с помощью подходящего RFID - считывателя. Некоторые стационарные или портативные коммерческие читатели прошли маркировку и функциональную проверку. Интеллектуальная пассивная сенсорная экосистема Ansenmei Semiconductor предлагает портативный считыватель с батарейным питанием, встроенные антенны, графические пользовательские интерфейсы и возможности подключения к Интернету вещей, которые могут служить центрами сбора данных о метках датчиков.

Когда читатель запускает связь, саморегулирующийся датчик IC обнаруживает влажность или давление, измеряя изменения сопротивления в цепи стимуляции, и отправляет эти данные, а также цифровые данные температуры от датчика температуры на пластине читателю. Датчики контролируют несколько параметров, включая дальность обнаружения, движение или присутствующую интенсивность приемного сигнала (RSSI), а также температуру и влажность. Каждый датчик также имеет программируемый код EPC в качестве идентификатора *. Фронт RFID автоматически компенсирует изменения окружающей среды для измерения влажности, давления и других параметров.

Рисунок 1: Интеллектуальные пассивные датчики объединяют технологию RFID с пассивными * сенсорными блоками без MCU.

Типичное применение

Дешевые или одноразовые пассивные датчики могут принести пользу многим важным приложениям. Например, контролируя температуру в нескольких местах в стойке сервера центра обработки данных или на стыке высокомощных выключателей в промышленных переключателях питания, можно отслеживать тенденции изменения температуры и быстро обнаруживать аномально высокие температуры для профилактического обслуживания или принятия корректирующих мер. Интеллектуальные пассивные датчики подключаются непосредственно к таким компонентам, как металлическая оболочка, упаковка устройства или радиатор, и отвечают на периодические запросы считывателей в радиочастотном диапазоне всех датчиков.

Стратегия мониторинга, показанная на рисунке 2, основана на интеллектуальных пассивных датчиках и RFID - считывателях / приемопередатчиках, подключенных к облаку, которые могут обеспечить более быстрый и экономичный способ защиты устройств, чем другие методы, такие как искусственное измерение температуры или тепловидение.

Рисунок 2: Несколько интеллектуальных пассивных датчиков могут экономически эффективно контролировать температуру в нескольких местах.

Ярлыки пассивных интеллектуальных датчиков также применяются в цифровом сельском хозяйстве, например, для обнаружения заболеваний животных или проверки цикла овуляции животных в приложениях для мониторинга животных. Фермеры также используют RFID - метки для идентификации и отслеживания животных, и уже установлены отраслевые стандарты для инъекционных меток. Увеличивая инвестиции в оборудование или системы, интеллектуальные пассивные датчики помогают улучшить здоровье животных и увеличить урожайность в аквакультуре.

Аналогичным образом, обнаружение влажности или давления с помощью интеллектуальных пассивных датчиков уже используется в медицинских и промышленных испытаниях, а также в комфорте и безопасности автомобилей. В медицинской сфере датчики влажности могут незаметно прикрепляться к больничным простыням, чтобы обнаружить заполненность пациентов и резервы кроватей, неинвазивные датчики температуры могут быть подключены к коже пациента и беспроводной мониторинг с помощью близлежащих считывателей.

Дополнительные приложения включают в себя тестирование утечки в автомобильной промышленности: набор интеллектуальных пассивных датчиков быстро и легко устанавливается в автомобиле до начала тестирования утечки, освобождая его от трудоемкого искусственного обнаружения и упрощая сбор и анализ данных.

Кроме того, измерение влажности и давления для определения состояния ремня безопасности автомобиля и дополнительное измерение расстояния могут обеспечить более интеллектуальное обнаружение занятости автомобиля, чем обычная проводная система или система подушек безопасности сиденья. Интеллектуальные пассивные датчики могут различать человеческие тела и объекты, расположенные на сиденьях, и легко распространять восприятие на задние пассажирские сиденья и подвижные сиденья при минимальных дополнительных затратах.

От домашней автоматизации и подключенных автомобилей до промышленного контроля, контроля качества, сельского хозяйства, здравоохранения, строительства, управления цепочками поставок и многих других приложений, интеллектуальные пассивные датчики метки также могут выполнять многие другие обнаружения утечки, измерения присутствия и мониторинга температуры или уровня влажности.

резюме

Интеллектуальные пассивные датчики приносят новые варианты для вездесущих сенсорных измерений, которые могут контролировать давление, температуру, влажность или расстояние, устраняя проблемы, рассматриваемые традиционными интеллектуальными датчиками, такими как объем, энергопотребление и стоимость. Дизайнеры устройств теперь могут масштабировать интеллектуальные системы и IoT в ранее недоступные области и приложения без ограничений по размерам или ценам.