Sensörleri pille çalışan kablosuz Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarına göre tasarlayın
Nesnelerin İnterneti (IoT), gerçek dünyadaki "simüle edilmiş" olayları ağın eylemlerine ve yanıtlarına dönüştürüyor.Ağa bağlı IoT düğümleri, simüle edilmiş olayları izleyebilir ve rapor edilmesi gereken olaylar meydana geldiğinde bunları dönüştürebilir. İlgili görevi tamamlamak için İnternet üzerinden uygulamaya rapor verin. IoT uygulamalarının en belirgin kategorisi, olayları izlemek ve kablosuz ağlar aracılığıyla IoT ile iletişim kurmak için kablosuz alanlara yerleştirilen pille çalışan sensörlerdir. Çoğu durumda, bu ürünler her zaman açık, kablosuz protokolleri destekleyen pille çalışan kablosuz sensörler, bir MCU ve en az bir analog sensördür.
Buradaki zorluk, ürünün pil ömrünün, tek bir pil veya tek bir şarjla ortamı algılamaya yetecek kadar nasıl en üst düzeye çıkarılacağıdır.
Zorluk aşağıdaki yönlere göre düzeltilebilir:
1. Uygulama gereksinimlerine göre gerçek zamanlı algılama görevleri için yetkin;
2. Mümkün olduğunca az enerji kullanarak sensör ölçümünü tamamlayın;
3. MCU çevre birimlerini "periyodik olarak çalışır durumda" tutun ve CPU çekirdeğinin mümkün olduğu kadar uyumasına izin verin.
Bu tür bir uygulamada, birçok MCU'nun tipik yaklaşımı, MCU çekirdeğini uyandırmak ve ardından sensör ölçümlerini tamamlamak için çeşitli çevre birimleri kullanmaktır (Şekil 1). Raporlanması gereken bir olay (kapı açılması gibi) olduğunda, MCU rapor eder ve periyodik çalışma rutinine geri döner. Bu, çok fazla güç tüketir ve pil gezinti süresini en üst düzeye çıkaramaz, çünkü birçok çevresel aygıt ve ilgisiz çekirdek işlemler dahil olmak üzere "tüm MCU" nun çalışması güç tüketir.
Aslında, bu yaklaşımın kötü bir müşteri deneyimine yol açması muhtemeldir: müşteriler cihazı ortamlarına koyar, ağa kurar ve etkinleştirir, ancak birkaç ay sonra cihaz zayıf pil gücü yönetimi yeteneklerinden muzdariptir. çalışmayı kes.
Şekil 1 CPU sorgular ve her ölçümde aktif kalır, bu da daha yüksek güç tüketimiyle sonuçlanır
1 IoT uygulamaları için pille çalışan ideal kablosuz sensör düğümü çözümü
En iyi çözüm, yukarıda belirtilen zorlukların her yönünü ele alacak ve tek bir pil şarjında çevresel algılamayı tamamlamak için ürünün çalışma süresini en üst düzeye çıkaracaktır.
Yukarıdakileri göz önünde bulundurarak, pille çalışan IoT sensör ekipmanı şunları sağlamalıdır:
1. Otonom ve enerji tasarrufu sağlayan sensör yönetimi ve ölçüm sistemi;
2. Her sensör için bağımsız olarak konfigüre edilebilen sensör girişi / çıkışı, eşik değeri ve konfigürasyonu;
3. Düşük güçlü, yapılandırılabilir mantık motoru, MCUyu yalnızca kesinlikle gerekli olduğunda uyandırır;
4. Birden çok ölçüm için önbellek sağlamak ve CPU uyanma aralığını uzatmak için düşük güçlü bellek;
5. Düşük kablosuz güç tüketimi.
2 Silicon Labs Gecko Düşük Güç Sensörü Arayüzü (LESENSE)
Birkaç yıl önce Silicon Labs, pille çalışan kablosuz sensör uygulamalarının önemini öngördü. O zamandan beri, düşük enerjili kablosuz, MCU ve sensör teknolojilerine büyük ölçekli yatırımlar yaptık.
Gecko MCU'muz enerji tasarrufu sağlayan bir mimariye sahiptir ve daha verimli çalışmasını sağlamak için birkaç önemli sistem sağlar ve pil ömrü diğer MCU'lardan daha uzundur.
Gecko ve Wireless Gecko (bundan böyle toplu olarak "Gecko MCU" olarak anılacaktır), aynı zamanda son derece düşük güç tüketimi seviyelerinde çalışmak için düşük güçlü sensör arayüzü (LESENSE), çevresel cihaz yansıtma sistemi (PRS) ve diğer düşük güç teknolojilerini kullanır. Çekirdek ve MCU'nun çoğu hala derin uyku modunda.
Yukarıdaki özellikleri diğer özelliklerle birleştirmek çok fazla güç tasarrufu sağlayabilir.
Tablo 1 Pille çalışan IoT sensör sistemleri için gereksinimler
3 Gecko LESENSE ayrıntıları
LESENSE, tüm yongayı derin uyku modunda tutarken 16 adede kadar dirençli, kapasitif veya endüktif sensörü otonom ve sürekli olarak yönetip izleyebilen, son derece yapılandırılabilir bir sensör arayüzü ve sistemidir ve çekirdek (CPU) her zaman kapalıdır.
LESENSE, bir sıralayıcı, bir sayaç ve karşılaştırma birimi, yapılandırılabilir bir kod çözücü ve yapılandırma ayarları ve ölçüm sonuçlarının depolanması için RAM içerir.
1) Sıralayıcı, düşük frekanslı osilatörü çalıştırabilir ve PRS aracılığıyla diğer çevre birimlerle etkileşimi işleyebilir ve sensörün görev döngüsünü ve ölçüm zamanlamasını ayarlayabilir.
2) Sayma ve karşılaştırma birimi sıralayıcıdan gelen darbeleri sayar ve bilgileri yapılandırılabilir bir eşikle karşılaştırır.
3) Şifre çözücü / durum makinesi, sensör ölçümlerini alır ve 16'ya kadar yapılandırılabilir duruma ve ilgili eylemlere göre eylemler gerçekleştirir.
LESENSE yapılandırılabilir sensör eşiği
Harici bir olay sensör eşiğini aştığında CPU'yu uyandırmak devrim niteliğinde bir kavram değildir. Esasen, sabit MCU görev döngüsünü Şekil 1'den tek bir olaya taşır; analog olay belirli bir eşiği aştığında, MCU uyanır ve çeşitli eylemler gerçekleştirir.
Bununla birlikte, LESENSE, sensörleri ve ilgili çevre birimlerini CPU'nun katılımı olmadan yönetmek ve izlemek için eksiksiz bir sensör sistemi sağlaması ve MCU katılımının da minimum düzeyde olması açısından ondan farklıdır. Bu, LESENSE'in temel konseptidir ve ek işlevler, konsepti daha da genişletir.
LESENSE ayrıca CPU'yu uyandırmadan konfigüre edilebilir sayıda eşik olayını arabelleğe alır. Bu, sistemin uzun bir süre boyunca harici olayları izlemesine izin verir. LESENSE, CPU derin uyku modunda kalırken sensör ölçümlerini tamamlamak için gerekli çevresel blokları (analog karşılaştırıcılar, düşük frekanslı osilatörler ve sensörün kendisi gibi) otonom ve periyodik olarak toplar.
Aşağıdaki kavramsal şemada, LESENSE sensör 1'in CPU'yu uyandırmadan önce yapılandırılabilir eşiği iki kez aşmasına izin verecek şekilde yapılandırılmıştır.
Şekil 2: Her LESENSE özellikli sensörün girişi / çıkışı bağımsızdır ve yapılandırılabilir.
LESENSE ayrıca benzersiz eşiklere sahip 16 adede kadar farklı sensörü yönetmek ve izlemek için ek işlevler sağlar. Yerleşik düşük güç durumlu makineyi (kod çözücü) kullanırken, LESENSE, CPU'yu uyandırmak için bir kesme göndermeden önce birkaç olayı değerlendirebilir.
Şekil 3'te, LESENSE sensör 2'nin 1, 2 ve 3 numaralı olaylarının ölçüm bilgilerini tamponlar ve bu bilgiyi, çekirdeği uyandırmadan önce sensör 1'in olay 1 ve 2'sinin ölçüm verileri ile birleştirir. Bu basit kullanım durumu, LESENSE'in ayrı ayrı yapılandırılmış sensörlerini, düşük güçlü belleğini ve düşük güç durumlu makinesini kullanır.
Şekil 3: CPU kesintiye uğramadan önce, birden çok sensör ve benzersiz bir yapılandırma birden çok olayı destekler.
Sensör düğümleri, LESENSE tamponlu ölçümden yeniden kalibre edilir
Pek çok sensör sistemi çeşitli farklı çevresel koşullar altında uygulandığından, sıcaklık, nem, güç kaynağı voltajı, hava geçirgenliği ve bağlanabilirlik gibi parametrelerdeki sürekli değişiklikler altında güvenilir bir şekilde çalışabilmelidir.
LESENSE'in önbellek işlevi, CPU'nun uyandırıldığında birden fazla okumayı yeniden kalibre etmesini sağlar. Bu, durum değiştikçe tekrarlanan birden fazla kalibrasyon olayını önleyebilir, daha fazla enerji tasarrufu sağlayabilir ve daha büyük bir sistem kalibrasyonu numune seti sağlayabilir.
sonuç olarak
LESENSE, enerji yoğun çekirdekleri ve çoğu MCU'ları derin uyku modunda tutarken, Gecko MCU'ların ve kablosuz MCU'ların dirençli, kapasitif ve endüktif (ve IR) sensörleri izlemesine olanak tanır. LESENSE, 1 A'dan az kullanan ve yapılandırılabilir eşikler sağlayan 16 adede kadar sensörü izleyebilir.Ayrıca, birden çok olayı tamponlayabilen RAM ve yapılandırılabilir uyandırma kesintileri için bir durum makinesi sağlar.
Gecko MCU, Wireless Gecko MCU ve LESENSE ile tanışın:
· LESENSE hakkında eğitim videoları
· LESENSE'de eğitim sunumu (videodan slaytlar)
· Uygulama notu
o Kapasitif algılama LESENSE (AN0028)
o Endüktif algılama LESENSE (AN0029)
Direnç algılama LESENSE (AN0036)
o IR Algılama LESENSE (AN0053)
o PRS-Enerji tasarrufu sağlayan çevresel yansıtma sistemi (AN0025)
· LESENSE - Silicon Labs Topluluğu
· PRS-Silicon Labs Topluluğu
· Gecko MCU (EFM32)
