由许多感测节点所构成的无线感测网络(WSN),可依各种环境需求来设置。而为了长期运行,大多采用低功耗与节电设计,必要时再搭配能源采集的功能,让运行时间更长久。而在感测资料的搜集与传递部份,除传感器必须量测精准,各节点之间的资料传输也必须力求通畅,并具有容错能力。
面向WSN的部署需求,系统芯片厂纷纷针对WSN的特性推出专用的RF芯片,亦有集成RF功能的SoC(系统单芯片),具备小尺寸、低功耗的特性;另也推出WSN的开发模块,可连接传感器子板的解决方案,例如SiliconLabs(亦称“芯科科技”)即提供完整的物联网无线连接解决方案,可依照客户的需求提供包括蓝牙、Thread、Sub-GHz、Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave等丰富的无线标准支持。
探索Silicon Labs全系列无线解决方案:https://cn.silabs.com/wireless
解决方案多而杂 WSN推广门槛大
WSN近几年来陆续应用在各种领域,如军事国防、科学领域、环境监测、交通运输、仓储物流、医疗照护、农业防治、智能建筑、石油天然气、桥梁河川、航天飞行等等。透过布建多个感测节点,将感测与搜集到资料,透过无线方式传送到中控计算机,以做为搜集、分析、预警、防害等目的。
然早期工业用WSN由于没有共同的系统规格,在节点部署与系统设计上,必须耗费不少时间,动辄耗费长达几年的时间来测试、校正、改善,造成WSN推行上的阻碍。
由于WSN的节点元件主要是MEMS(微机电系统)传感器,搭配RF(无线射频)通讯芯片、处理器(通常是用MCU微控制器)、电力来源(电池、电源、太阳能等)所组成,在软件/韧体设计上加入自主与智能功能(可调节式路由、智能搜集、容错等)。
为让WSN的运行更有效率,不少芯片厂、网通厂、系统方案厂相继投入开发新一代的WSN硬件元件,以及相关的产品解决方案,提供简易安装、适应各种恶劣环境、超长时间感测、精准感测、各种节电模式、资料安全等的特色,来吸引客户导入使用,以节省测试与部署的时间。
WSN传感器多采用子板设计
目前许多传感器,大多采用微机电(MEMS)元件来设计。而WSN所用到的传感器种类可说是包罗万象,如动力/惯性运动类(加速器、陀螺仪、LVDT,线性变化差动变压器),压力类(压力计、血压计),磁力类(磁力计)、光学类(环境光传感器、油压传感器、光伏传感器),化学类,气体类(一氧化碳、二氧化碳、空气、氧气、氢气、甲烷等侦测器),热能类(热度计)。
还有象是流体类(流动计),定位类(GPS卫星导航、LVDT、编码器),视觉类(相机),射频类(强度侦测器、RSSI,接收信号强度指示器等),旋转类(磁力计、编码器),以及湿度类(湿度计),高度类(气压计),色彩类(色度计),体积类(差分干涉仪、雷射干涉仪),数量类(光学检视仪等)等等。此外,在计算机内也使用到不少传感器,象是内容类(主板温度)、辨识类(指纹辨识器)、活动类(超频侦测等)。
WSN的开发板在系统设计上具备扩充能力,可以透过子板(Daughterboard)方式,连接上述各式传感器以扩充其感测功能;当感测需求有所变更时,只须更换子板即可。
WSN节点力求整体低功耗
WSN的感测节点需要低功耗设计,其网络传输规范主要基于IEEE 802.15.4,基于此底层标准规范的无线传输协定中,有Zigbee、6LoWPAN等。而WSN的资料搜集闸道器,则可采用计算机使用的Wi-Fi、蓝牙、行动网络等协定,将资料传到中央主机。
以Silicon Labs推出的Ember Zigbee开发工具为例,其采用EM35x系列SoC。其EM351/EM357高效能系列,内建32-bit ARM Cortex-M3处理器,运行时脉为6、12、24MHz,含128~192KB快闪存储器,具备读取保护、12KBRAM、具AES-128硬件加密功能。适合应用在智能能源采集、建筑或家庭自动化控制、安全监测、与WSN应用。
RFID在WSN的应用
RFID(Radio Frequency IDentificaTIon;无线射频辨识)系统,目前被广泛应用在生活上。其原理主要是由电子卷标(Tag)、读取器(Reader)组成,当读卡机与RFID Tag在近距离感应之后,搭配后台应用系统(ApplicaTIon),即可快速辨识其ID,并做为各种应用。例如物流管理、各场所的门禁卡、悠游卡、电子票券、动物芯片、以及高速公路电子收费(eTag)等等,这些大多采用被动式RFID威廉希尔官方网站 ,卷标不须内建电池,只须在设定距离内与读取器感应到,即可通电并进行资料读取与运算。
至于主动式RFID威廉希尔官方网站 ,则是卷标本身具备电池,感应距离长,存储器较大且可读写,可主动侦测周遭的RFID读卡机,将资料传过去。由于主动式RFID能在周围形成有效的活动区域,因此应用范围更广泛。例如应用在室内定位上,在GPS接收不到的室内场所,提供定位需求。若在室内环境密集部署各种RFID的读卡机、辨识机,即可发挥在人员定位、车辆管控、物品追踪等应用。不过,主动式RFID其卷标体积比较大,电池有寿命限制,且成本也较高。
目前RFID大多仅有单纯的识别,并没有内建任何传感器。除非特殊应用(例如血袋的RFID卷标,就内建可随时侦测温度的温度计),而也有厂商开发出以RFID为基础的WSN感测网络,采用1对1的感应方式,应用在非环境感测的管控场所,如公司、工厂、医院等等。亦有学者提出RFID+WSN的Hybrid(混合型)集成方案,在同样必须布下天罗地网的WSN感测节点或感测闸道器中,也内建RFID读取器,这样就不用部署两次。除了可以进行环境感测之用,也能同时管控人员或物品出入,一举两得。
-
WSN
+关注
关注
17文章
188浏览量
108571 -
无线感测
+关注
关注
0文章
6浏览量
8041
原文标题:【IoT干货】无线感测网络的关键芯片威廉希尔官方网站 解析
文章出处:【微信号:SiliconLabs,微信公众号:Silicon Labs】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
发布评论请先 登录
相关推荐
评论