Устройства ввода информации с малым энергопотреблением | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №21 (363) май 2021 г.

Дата публикации: 22.05.2021

Статья просмотрена: 3 раза

Библиографическое описание:

Кнышенко, А. А. Устройства ввода информации с малым энергопотреблением / А. А. Кнышенко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 21 (363). — С. 96-98. — URL: https://moluch.ru/archive/363/81361/ (дата обращения: 28.01.2022).



Описаны датчики ввода информации с малым энергопотреблением для беспроводных сенсорных сетей. Показано, что оптимальными для использования в таких сетях являются технологии Bluetooth и особенно ZigBee.

Ключевые слова: энергопотребление, беспроводная сеть, датчик.

Одна из современных тенденций в устройствах ввода информации от объектов — расширение применения беспроводных способов передачи информации от чувствительного элемента устройства, то есть от датчика, к компьютеру. В частности, преимуществом беспроводных устройств является простота и низкая стоимость развертывания, особенно когда датчики сильно удалены от компьютера. Системы с несколькими беспроводными датчиками последнее время часто называют сенсорными сетями.

В связи с применением беспроводных способов передачи информации в таких системах все датчики в них должны быть как можно более экономичными, расходуя как можно меньше энергии батарей. Замена батарей в сенсорных сетях — трудоемкое обременительное занятие и желательно, чтобы она происходила как можно реже. Снижение объема и цены батарей также имеют существенное значение.

Малым потреблением можно условно считать датчик, потребляющий ток в среднем порядка 0,1 мА. Это позволяет без замены батарей, например типоразмера ААА, непрерывно работать до 10000 часов (около года). В ряде случаев, однако, и этого недостаточно, например, при мониторинге крупномасштабных сооружений замена датчиков или батарей в них может выливаться в сложное и дорогостоящее организационно-техническое мероприятие, которое хотелось бы производить не каждый год. С другой стороны, иногда (например, в некоторых биомедицинских применениях) даже размеры батареи ААА могут быть велики, и речь может идти об источниках питания на порядок меньшей емкости. Тогда можно для таких случаев назвать условную границу 0,01 мА = 10 мкА микропотреблением и такой датчик считать микропотребляющим.

В качестве примера в табл. 1 приведены параметры некоторых современных датчиков температуры [1].

Анализ таблицы показывает, что, если измерения производятся непрерывно, то только датчик TMP102 можно отнести к малопотребляющим. Однако так как в большинстве практических случаев температура меняется достаточно медленно, так что датчик 99 % времени может находиться в спящем режиме. В этом случае уже все приведенные датчики можно отнести к микропотребляющим.

К сожалению, в беспроводных устройствах ввода кроме датчика обязательно есть передатчик, работающий через тот или иной беспроводной канал, а также микроконтроллер. Потребление тока современных 8-разрядных микроконтроллеров в режимах сниженного энергопотребления уже также достигло микроамперных уровней. Однако, передатчик (или приемопередатчик — трансивер), работающий через радиоканал, вынужден потреблять уже минимум сотни микроампер или миллиамперы, чтобы создать требуемую мощность излучаемых волн.

Поэтому и представляет интерес рассмотрение также иных альтернативных каналов передачи. В частности, в настоящей работе разработаны беспроводные устройства ввода, работающие через оптический канал и показано, что в некоторых вариантах таких устройств потребление передатчика может быть существенно снижено.

Все стандарты и технологии беспроводной передачи данных могут быть классифицированы по ряду формальных параметров. В табл. 2 приведено сравнение некоторых актуальных на данный момент стандартов беспроводной передачи данных [2].

Таблица 1

Параметры низковольтных полупроводниковых датчиков температуры с цифровым выходом

Тип

TC74

SE98A

TMP102

DS620

MAX31723

Изготовитель

Microchip

NXP Semiconductors

Texas Instruments

Maxim

Maxim

Диапазон температур, C

−40...+125

−40...+125

−55...+150

−55...+125

−55...+125

Погрешность в диапазоне 0C — 70C, C

2

2

1

0,5

0,5

Цена деления, C

1

0,125

0,0625

0,0625

0,0625

Интерфейс

I2C

I2C

I2C

I2C

SPI/3-Wire

Напряжение питания, В

2,1...3,6

1,7...3,6

1,4...3,6

1,7...3,5

1,7...3,7

Потребляемый ток в спящем режиме, мкА

5

5

1

2

2

Потребляемый ток в режиме измерения, мА

0,2

0,4

0,02

0,8

1,2

Количество выводов

5

8

6

8

8

Как следует из табл. 2, для работы с малопотребляющими датчиками предназначены технологии Bluetooth и особенно ZigBee. Последняя специально создавалась для тех применений, где можно поступиться скоростью передачи в обмен на пониженное энергопотребление.

Таблица 2

Технологии беспроводной передачи данных по радиоканалу

ZigBee

Bluetooth

Wi-Fi

3G

Частотный диапазон, МГц

2400–2483

2400–2483

2412–2840

1885–2025; 2110–2200

Скорость передачи данных, кбит/с

До 250

720

11000/54000

144/384/2048

Дальность связи, м

200

класс 1–100;

класс 2–10;

класс 3–1

100

во всей зоне покрытия

Потребление тока, активный режим, мА / спящий режим, мкА

30/10

70/20

450

350/3500

Модуляция, доступ к среде

DSSS

FHSS

DSSS

TDMA/

FDMA/CDMA

Литература:

1. Староверов, К. Датчики температуры Maxim [Текст] // Новости электроники. — 2006. — № 6. — С. 2–5.

2. Григорьев, В. А. Сети и системы радиодоступа [Текст] / В. А. Григорьев, О. И. Лагутенко, Ю. А. Распаев. — М.: Эко-Трендз, 2005. — 384 с.

Основные термины (генерируются автоматически): DSSS, датчик, беспроводная передача данных, спящий режим, CDMA, FDMA, FHSS, NXP, беспроводное устройство ввода, беспроводный способ передачи информации.


Задать вопрос