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由许多传感器节点所构成的WSN(无线传感器网络,Wireless Sensor Network),可各种环境需求来设置。而为了长期运作,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,让运作时间更长久。而在感测数据的搜集与传递部份,除传感器必须量测精准,各节点之间的数据传输也必须力求通畅,并具有容错能力;各厂商也推出不同传输技术与解决方案,供客户选择与部署… 解决方案多而杂 WSN推广门坎大 WSN(无线传感器网络)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、智慧建筑、石油天然气、桥梁河川、航天飞行等等。透过布建多个传感
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传感技术中的无线传感器网络芯片技术与应用解决方案传感技术中的无线传感器网络芯片技术与应用解决方案
由许多传感器节点所构成的WSN(无线传感器网络,Wireless Sensor Network),可各种环境需求来设置。而
为了长期运作,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,让运作时间更长久。而在感测数
据的搜集与传递部份,除传感器必须量测精准,各节点之间的数据传输也必须力求通畅,并具有容错能力;各
厂商也推出不同传输技术与解决方案,供客户选择与部署… 解决方案多而杂 WSN推广门坎大
WSN(无线传感器网络)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、智慧建筑、石油天然气、桥梁河川、航天飞行等等。透过布建多个传感
由许多传感器节点所构成的WSN(无线传感器网络,Wireless Sensor Network),可各种环境需求来设置。而为了长期
运作,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,让运作时间更长久。而在感测数据的搜集与传递部份,除
传感器必须量测精准,各节点之间的数据传输也必须力求通畅,并具有容错能力;各厂商也推出不同传输技术与解决方案,供
客户选择与部署…
解决方案多而杂解决方案多而杂 WSN推广门坎大推广门坎大
WSN(无线传感器网络)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、智慧建筑、石油天然气、桥梁河川、航天飞行等等。透过布建多个传感器节点,将感测与搜集到数据,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。
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的节点组件主要是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/固件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的运作更有效率,不少芯片厂、网通厂、系统方案厂相继投入开发新一代的WSN硬件组件,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、数据安全等的特色,来吸引客户导入
使用,以节省测试与部署的时间。
WSN传感器繁多传感器繁多 多采用子板设计多采用子板设计
目前许多传感器,大多采用微机电(MEMS)组件来设计。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、甲烷等检测器),热能类
(热度计)。
还有像是流体类(流动计),定位类(GPS卫星导航、LVDT、编码器),视觉类(相机),射频类(强度检测器、
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,像是内
容类(主板温度)、识别类(指纹识别器)、活动类(超频检测等)。
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。
力求整体低功耗力求整体低功耗 WSN节点产品方案节点产品方案
WSN的传感器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议中,有
ZigBee、6LoWPAN等。而WSN的数据搜集网关,则可采用计算机使用的Wi-Fi、蓝牙、行动网络等协议,将数据传到中央主
机。
因此系统芯片厂针对WSN的特性,推出了WSN专用的RF芯片,亦有整合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。这些厂商包括Atmel、ST(意法半导体)、
Silicon Labs(芯科实验室)、Linear Technology(凌力尔特)、NXP(恩智浦)、Libelium、DIGI、ROHM等。
例如ST推出的STM32W MCU家族,便是基于IEEE 802.15.4的SoC,采用ARM Cortex-M3 24MHz处理器,内建64~128KB
闪存,与8K SRAM.支持ZigBee与6LoWPAN协议,并具备AES-128硬件加密功能,以保障数据传输安全。
Atmel推出的Xplained系列硬件开发评估平台,就有搭配自家32-bit ARM Cortex-M0+ 48MHz (ATSAMR21系列,提供
64K~256KB的闪存,具备硬件触控功能),或更低耗电的8-bit AVR MCU的选择(具-40°C~+125°C的宽温环境),无线通信
方面则支持802.15.4与ZigBee等应用。
而Silicon Labs推出的Ember ZigBee开发工具,则采用EM35x系列SoC.其EM351/EM357高效能系列,内建32-bit ARM
Cortex-M3处理器,运作频率为6、12、24MHz,含128~192KB闪存,具备读取保护、12KB RAM、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。
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