מערכת חישה מרחוק מתאפיינת בסנסורים שונים, חיבוריות אלחוטית אמינה וצריכת זרם נמוכה.
במאמר זה נציג כמה דוגמאות של של סנסורים מסוגים שונים עבור אפליקציות תעשייתיות הדורשות תקשורת אמינה בין הסנסור לבקר יחד עם חיי סוללה ארוכים ותחזוקת מינימאלית. כל זה מתאפשר כיום בזכות התקדמות טכנולוגית במגברים אופרטיביים מדויקים ורכיבי תקשורת אלחוטית בתחום התדרים של ISM Industrial, Scientific and Medical בעלי צריכת זרם נמוכה.
הרכיבים המאפשרים פתרונות אלו הם :
LTC2063
מגבר עם כניסת bias נמוכה, סחיפה אפסית -zero drift, וזרם מקסימאלי של 2uA
LTP5901-IPM
SmartMesh 2.4Ghz Wireless 802.15.4e Module + chip Antenna הצורך פחות מ- 1.5uA במצב המתנה. פיזור ההספק של הרכיבים הנ”ל נמוך מספיק כדי לאפשר את הפעלתם על ידי סוללה מעבדתית הכוללת אלקטרודת נחושת ואבץ בשטח של 4 אינץ’ כל אחת ואלקטרוליט שהינו לא יותר מאשר תמצית תוכן לימון.
ADF7030-1 or ADF7020
High Performance, sub-GHz wireless Transceiver
רכיבים אילו הם משדר/מקלט התומכים בתדרי ה- ISM Sub-Gig:
- 169.4 MHz to 169.6 MHz
- 426 MHz to 470 MHz
- 863 MHz to 960 MHz
במקרה זה, נתוני הסנסורים מגיעים דרך הבקר ADUC7060, כפי שאפשר לראות בשרטוט הבא.
שירטוט מס. 1 – חיישן טמפרטורה RTD עם בקר הכולל ADC
רשת אלחוטית שזורה MESH
מערכת המעבירה נתונים ומדידות על גבי רשת אלחוטית תעשייתית לרוב אינה זקוקה לקצבים מהירים אך כן צריכה אמינות ואבטחה ברמה גבוהה, בנוסף לצריכת הספק נמוכה וזאת על מנת להאריך למקסימום את אורך חיי הסוללה. LTP5901-IPM יוצר צומת NODE או Mote SmartMesh@IP ברשת אלחוטית 802.15.4e. LTP5901-IPM כולל ממיר אנלוג לדיגיטל 10 ביט ADC יחד עם מיקרופרוססור ARM@ Cortex@-M3 32bits .
מערכת כזו מתאפיינת באמינות גבוהה, אבטחה העברת הנתונים, צריכת הספק נמוכה ויכולת תכנות גמישה.
מימוש חיישנים שונים
תכנון חיישנים לא דורש מורכבות ברמה של “מדע טילים”. למרות פשטותם, מעגלים אלו יעילים, וניתנים להתאמה מלאה לאפליקציות ספציפיות.
כל מעגל מכיל חיישן בנקודת הקלט ומעביר את הסיגנל אל ה-10 bit ADC שבתוך LTP5901-IPM כקלט, עם רמת מתח בטווח של 0-1.8 וולט.
חיישן מתח
שירטוט מס. 2 – מעגל חיישן מתח של סוללה
שרטוט מס.2 מראה את דרגת הגבר עם משוב שלילי כדי לקבל רמות מתח המתאימות לתחום העבודה של ה ADC שהינו 0-1.8 וולט. מקדם החלוקה של נגדים R1 ו R2 מתאימים את רמות המתח של הסוללה לכניסת ה-ADC . זרם רגיעהquiescent current הנמוך מאפשר חיי סוללה ארוכים.
זרם הכניסה bias current של המגבר LTC2063 הינו נמוך מספיק, כך שגם ערכי ההתנגדות הגבוהים הללו אינם משפיעים על הדיוק של הממיר האנלוגי-דיגיטאלי .
המגבר LTC2063 מתאפיין בצריכת זרם נמוכה וגם בzero drift- לאורך זמן וטמפרטורה.
חיישן טמפרטורה
שירטוט מס. 3– חיישן עם Thermocouple
מתחי ה-thermocouple נמוכים מאוד ויכולים להיות שליליים או חיוביים. במעגל המתואר, משתמשים במקור מתח Vref LT6656-1.25 המתאפיין בצריכת זרם נמוכה מאוד.
המגבר-, LTC2063מגביר את סיגנל של הThermocouple- עם הגבר של 200 V/V כך שרמות המתח הנמוכות של ה-Thermocouple יתאימו לרמות מתח הכניסה של ה-ADC . דבר זה לא היה אפשרי ללא מגבר התומך בzero drift- וב-low offset.
הקטנת צריכת זרם בעזרת חיישן תנועה
בסנסור המוצג בשרטוט 4 משתמשים במד תאוצה Accelerometer כדי לזהות תזוזה או תנועה.
עם גילוי התנועה, הADXL362 – יוציא פקודת EN לADP195. זהו מתג אלקטרוני המוציא מתח לשאר המעגל רק אם וכאשר התגלתה תזוזה. דבר זה מאפשר לחסוך בצריכת הזרם הכללית של כל המעגל.
בזמן Wake-up mode ה-ADXL362 צורך רק 270nA. נשתמש במוד זה לצורך זיהוי תנועה והפעלת המתח לשאר המעגל.
בזמן המתנה ה-ADXL362 צורך רק 10nA.
בזמן מדידה, צריכת הזרם היא 3uA בלבד.
שירטוט מס. 4– חיישן תנועה
אפשר למצוא יותר נתונים בלינק הבא:
https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/reference-designs/CN0274.pdf
סיכום
אנלוג דוויס מספק מגוון רחב של אפשרויות למימוש מערכת בקרה עם חישה מרחוק, קווית או אלחוטית עם צריכת זרם נמוכה במיוחד.
נשמח לייעץ ולעזור.
מעוניינים ביותר פרטים? נא ליצור קשר עם פרדי סנוף: מהנדס אפליקציות בניסקו פרויקטים
freddy@nisko.co.il | 055-66-00-964
