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能量搜集手艺助力工业无线传感器群集(一)

宣布时间:2015年05月19日 21:05    宣布者:eaoogle_WSN
要害词: 无线传感器群集 , 传感器群集 , 传感器
电机无处不在
  电机在工业情形中的应用很是普遍。许多专家预计,工业电机全体具有资源异常宏年夜,消耗工厂总能耗90%以上的能耗。虽然现代电机效力曾经被提升到90%至95%,但优化电机系统的使命还可以节俭20%以上的能耗。用于电机检测、掩护和控制的无线传感器群集也已就位。
  
许多无线传感器群集可以充实应用电机发生的机械能(由于振动)和热能(由于发烧),而且通常可以在无需电池的情形下转换这类能量,进而驱动无线传感器群集。EnOcean公司设计的ESK 300初版868MHz无线能量搜集开发套件充实展示了EnOcean的能量搜集和超低功耗无线手艺(图4)。这个开发套件有两个用于开关的电念头械式按键发电机和一个太阳能供电的温度传感器。由自供电的传感器发送的新闻可以被USB适配器吸收,并经由历程DolphinView Basic电脑软件完成可视化。




图4:EnOcean公司设计的ESK 300初版868MHz无线能量搜集开发套件充实展示了EnOcean的能量搜集和超低功耗无线手艺。

 带按键无线发射模块可以无需电池就完成无线远程控制。主要应用网罗装配在墙上且有一两个摇臂的扁平摇臂开关和具有多达4个自力按键的手持式遥控器。套件中为线性运动设计的ECO 200能量转换器可以用来给PTM 330无线模块供电。每次运动输入的能量足以发射3条新闻,而且自在场规模可达300米。在修建手艺和工业自动化中的微型开关和传感器将成为能够的应用。
  

EnOcean同盟围绕低功耗能量搜集无线手艺培植了一个生态系统,并将它确立为可一连的修建与工业自动化全球尺度。这类生态系统支持不合的终端产物基于ISO/IEC 14543-310尺度完成互操作。
  

高压升压器模块可用于镌汰年夜较低的能量搜集电平,以支持能够的无电池操作,好比Advanced Linear Devices公司的EH4205。这类自启动模块经由历程70mV至4V的动力发生能量,而罗致的输入功率低至230μW,是以可以支持从电磁感应线圈和TEG群集能量。
  

EH4205的标称输入阻抗是50Ω,功效为52%,使命温度规模是0℃至70℃。它可以将输入能量转换为直流或交流电压。EH4205具有睡眠功效,寻常浅易处于零功耗状态,直到所连能量源的输入酿成有用才将它叫醒,然后积累能量,只需能量源供应电力,它就一直使命下去。
  

尺度的商用高压升压器模块请求至少300mV左右的输入驱动才干使命。虽然一些现有的高压模块也能够或许在约100mV时使命,但它们不克不及知足来自TEG和光电元件等动力完成能量搜集传感应用的请求,由于它们的尺度输入功率约在4μW至40μW的单元数和两位数规模内。
  

凌力尔特公司供应的种类普遍的超低功耗模块可用于压电和光伏动力和TEG的能量搜集应用。它们网罗LTC3588-1/2压电能量搜集电源妄图、LTC3108/9 TEG和LTC3105太阳能400mA升压型DC-DC转换器,后者具有最年夜功率点控制并能以250mV的输入启动(图5)。


 图5:凌力尔特科技公司供应的种类普遍的超低功耗模块可以用于来自压电和光伏动力和TEG的能量搜集应用。

  Dust Networks公司今年推出的Eterna收发器芯片完成了IEEE 802.15.4e。与系统级芯片(SoC)联络在一起,这类第二代产物的功耗要比其替换的第一代产物低50%,从而确立了该公司在工业无线传感器群集领域中的指导职位(图6)。Dust Networks公司称,基于其Eterna手艺的这款产物的功耗是竞争产物的约八分之一,这意味着它们的应用时间长8倍,纵然它们由电线供电,其“绿色”水平也能赶过8倍。(无线传感器群集群:8044196)




图6:Dust Networks第二代Eterna收发器芯片的功耗要比前一代产物低50%。Eterna手艺芯片的功耗是竞争产物的八分之一,是以一连应用时间长8倍。

  着实不是一切无线群集收发器芯片都设计为使命在很长距离,并能在厂房外部使命。许多芯片是为短距离通讯设计的,可以用于工厂内的工业情形和制造行动措施,以完成工厂车间装备之间的通讯。许多这样的收发器是紧凑、超低功耗器件。它们也应用Wi-Fi (IEEE 802.11)和ZigBee (IEEE 802.15.4)通讯协定,可以使命在免允许的2.4GHz工业、迷信和医疗(ISM)频段。也有的芯片应用蓝牙协定(IEEE802.15.1)。
  这些芯片网罗:升特公司(Semtech)的SX1231J、California Eastern Labs的ZiC2410、Silicon Labs公司的Si446x EasyRadioPro、亚德诺半导体公司(ADI)的ADF7023-J和德州仪器(TI)的C2500。Si446x“将GHz以下无线手艺带入了窄带性能和功效的新水平。”Silicon Labs公司副总裁兼总司理Mark Thompson体现。Si466x在睡眠形式仅消耗50nA电流,是以异常合适带能量搜集功效的电池供电无线传感器群集应用。
  Banner Engineering公司的SureCros Q45收发器是比来推出的一种无线尺度光电传感器处置赏罚赏罚妄图,其被设计用于控制与监视应用(图7)。应用其专有的电源治理电路,可让两节可替换AA锂电池一连使命5年时间,详细取决于所用的传感器和应用种类。


图7:Banner Engineering公司推出的这类自力型SureCros Q45光电传感器收发器,电源治理电路可使两节AA锂电池一连使命长达5年时间。

无线传感器群集的安然性

  智能手机和平板电脑等先进的人机界面(HMI)装备使得工业无线群集的控制变得加倍容易和加倍质朴。但存在着某些居心和许多居心的群集进击风险,除非接纳足够的掩护措施,否则这些进击有能够使工厂的运转完全掉落灵。
  在今年2月到4月时代,群集安然公司Cyberti的职员逾越近4000英里的旅程去检查IEEE802.11 a/b/g/n无线传输,主若是寻觅电源控制系统供应商的组织唯一标识符(OUI)。这些OUI由群集装备供应商、控制系统硬件供应商所应用。
  Cyeberti公司的研究注解,OUI和完全的介质会见控制(MAC)地址纵然在最安然的安然装配中也经常得不到掩护。Cyberti合营开创人、首席安然官Matthew E.Luallen正告说,像Modbus、EtherNet/IP、PCCC、DNP3和ICC P等控制系统协定自己是没有认证的,这使得黑客可以为所欲为,是以在未受掩护或掩护性能较差的无线群集上,数据应当与控制系统MAC地址联系关系起来。
  Luallen填补道,便携式装备可以经由历程缓存的远程会见证书和装备上存储的应用法式模范模范作为受掩护控制基础行动措施的切入点。无线装备也能够或许装备为IEEE 802.11无线群集和蜂窝群集之间的多种宿主,从而组成不须要的互联网网关。
  “便携式电子装备一定不克不及被算作锤子或扳手之类的工具。这些装备生在世有关控制系统情形的信息,假定放在不克不及信托的人手里,能够组成特此外风险。岂论装备是传统的条记本电脑、iPhone、iPad照样HART通讯器,作为工具都能够网罗通讯点、标签、装备参数、逻辑、框图、蓝图和有关情形的细节等可以被手艺精湛的黑客应用的内容。”Luallen体现。
  “首先,人们必须查询会见应用能够自在会见控制系统的移动装备能够真正带来若干提升临盆率和降低资源的利益。”他填补道。Luallen还体现,不应允许传统破费型手机或平板电脑阻拦控制系统的远程会见。“假定你传神地担忧存在的群集风险,那么在做任何有能够增年夜进击面的事之前都应当深图远虑。或许风险确切比现实的临盆率前进要年夜。”



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yuhuikeji 揭晓于 2015-12-23 19:01:12
谢谢分享!!!!!!!
bijinyi 揭晓于 2018-8-20 20:40:18
学习了
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