magyar elektronika

Hírlevél

Tájékozódjon legfrissebb cikkeinkről, híreinkről!

Valós email cím megadása kötelező

Invalid Input

Invalid Input

EBV lidAz ipari IoT megjelenésével és lehetőségével, valamint az egyre rövidebb ellátási láncok igényével nagyobb szükség van a szállítmányok nyomkövetésére. A kompakt, robusztus, akkumulátorral működő, vezeték nélküli konténerekhez és raklapokhoz rögzített eszközkövetők rendszeresen tájékoztatják az ügyfeleket és a szállítmányozókat a szállítás előrehaladásáról és az áruk kezelési módjáról.

 

Eszközkövető architektúra

Az eszközkövető (asset tracker) olyan áramköri funkciókat tartalmaz, amelyek meghatározzák az eszköz helyzetét, és a helymeghatározási adatokat egyedi azonosítóval továbbítják egy központi nyomkövető vezérlőrendszer felé. A követett szállítmány típusától függően a nyomkövető elhelyezhető a raklapon lévő anyagokat tartalmazó eszközön (kívül) vagy a szállítást végző járművön. Az eszközkövetők általában teljesen önállóak, és a maximális rugalmasság érdekében akkumulátoros forrásról működnek, ezért fontos az eszközkövető energiafogyasztási profiljának megértése.
Egy másik szempont, hogy mivel az eszközkövető képes helymeghatározási adatokat küldeni, jellemzően vezeték nélküli cellás kapcsolaton keresztül, további kis mennyiségű hasznos információt is küldhet. Egyes áruk, például sürgős gyógyszerszállítmány esetén szigorúan ellenőrzött hőmérsékletet írhatnak elő, ilyenkor tehát a szállítmány hőmérsékletének elküldése lehetővé teszi a környezeti feltételek ellenőrzését az út során. A mechanikai ütések okozta sérülésekre hajlamos küldemény számára előnyös a gyorsulási erők és ütések folyamatos nyomon követése. A különböző analóg és digitális érzékelők különböző környezeti, mechanikai és helyzeti paraméterekről szolgáltathatnak információt. Az 1. ábra a vezeték nélküli eszközkövető főbb funkcionális blokkjait szemlélteti.

 

EBV 1

1. ábra Egy akkumulátoros, vezeték nélküli, csatlakoztatott eszközkövető fő funkcionális blokkjai – a legfontosabb analóg funkciókat az árnyékolt területek emelik ki (forrás: ST Micro)

 

 

Az eszközkövető tervezésének kihívásai

A megbízhatóság alapvető tervezési követelmény egy önálló eszközkövetővel szemben. Az akkumulátor kiválasztása nagy hangsúlyt kap, hiszen a heteken és hónapokon át fenntartható működés kényes egyensúlyozást igényel az energiafogyasztás minimalizálása – egy ultraalacsony energiafelhasználású kialakítás – és a nyomkövető által küldött rendszeres adatfrissítések során felmerülő nagyobb energiaigény között. Három alapos felülvizsgálatot kívánó tervezési szempont merül fel.

Hatékony DC-DC átalakítás és szabályozás
Az akkumulátor kiválasztását befolyásoló tényezők közé tartozik annak kapacitása, fizikai alakja és méretei, valamint a kimeneti feszültség. Előfordulhat, hogy az akkumulátor feszültsége nem felel meg az összes szükséges áramköri feszültségnek, így DC-DC átalakításra lesz szükség. Az akkumulátor feszültsége jellemzően kissé csökken, ahogy a töltés csökken, így a hibás követési viselkedés elkerülése érdekében szigorú feszültségszabályozást kell alkalmazni.

Az akkumulátor áram- és feszültségfelügyelete
Az akkumulátor kisülési állapota a nyomkövető működési állapotának lényeges mutatója. A terminálfeszültség és a terhelési áram figyelésével lehetővé válik a helymeghatározási és más fontos érzékelőadatok együttes elküldése a felügyeleti alkalmazásnak. Mivel a felügyeleti áramkörök ellátása szintén az akkumulátortól függ, elengedhetetlen, hogy ezek a funkciók is alacsony energiafogyasztásúak legyenek.

Gyors és precíz analóg érzékelőtervezés és jelfeldolgozás
A diszkrét analóg érzékelő áramköröknek és a digitális érzékelő IC-knek is alacsony energiaigényűeknek kell lenniük. A kis­fogyasztású érzékelőelemek és jelfeldolgozó áramkörök megvalósításának népszerű módszere a műveleti erősítők alkalmazása. Példaként említhetők az akkumulátor áram- és feszültségmérési funkciói a hőmérséklet-, páratartalom-, nyomás- és törzsparaméterek mellett. Az ezekben az áramkörökben használt műveleti erősítőknek gyors mérési képességet kell biztosítaniuk. Aktív működés közben az energiafogyasztás megnő, és kulcsfontosságú az az időtartam, amíg az érzékelő pontos értéket regisztrál.

 

Analóg és energiagazdálkodási alkatrészek kiválasztása egy kisfogyasztású vezeték nélküli nyomkövetőhöz

Fontos megvizsgálni néhány analóg és energiagazdálkodási alkatrészt, amelyek alkalmasak kis teljesítményű eszközkövetőkben való használatra, kezdve a teljesítményátalakítással és szabályozással.
Az ST1PS02 sorozat egy példa az STMicroelectronics nanoamperes nyugalmi áramú step-down DC-DC átalakítójára. A konverter üresjárati áramfelvétele 500 nA, 10 mA-es terhelés esetén 92%-os hatékonysággal működik, és teljes terhelésnél akár 400 mA-t is képes leadni. Az ST1PS02-t kifejezetten kompakt, viselhető fogyasztói elektronikához és hordozható ipari érzékelőkhöz tervezték, 2 mm × 1,7 mm × 0,55 mm méretű, miniatűr TQFN12 műanyag tokban. Mindössze egy induktivitás, néhány kis kondenzátor és két ellenállás szükséges ahhoz, hogy a DC-DC konverter minden funkciója lehetővé váljon (2. ábra).

 

EBV 2

 

2. ábra Egy alkalmazási példa a nagy hatékonyságú ST1PS02 400 mA-es nano-nyugalmi áramú, szinkron step-down DC-DC konverterre, digitálisan választható kimeneti feszültséggel (forrás: ST Micro)

 


Az ST1PS02 sorozat bemeneti feszültségtartománya 1,8 V és 5,5 V között van, és egyetlen választható kimeneti feszültséget tud szolgáltatni (eszközfüggő) 1,0 V és 3,3 V között. A D0, D1, D2 logikai bemenetek határozzák meg a pontos kimeneti feszültségbeállítást. A kimeneti szint vezérelhető MCU-ról, hogy a feszültségszintet az alkalmazás követelményeinek megfelelően optimalizálni lehessen. Az alulfeszültség-védelem letiltja a kimenetet, ha a bemenet 1,57 V alá esik. A kimeneti feszültségszabályozás a névleges kimenet +/- 1,5%-án belül marad.
Egy másik, eszközkövető alkalmazásokhoz alkalmas, alacsony teljesítményű vezérlő IC az STLQ020 sorozat. Ez a 200 mA-es, LDO feszültségszabályozó 2 V és 5,5 V közötti bemeneti feszültséget képes fogadni; 300 nA terhelés nélküli áramfelvétele van, fix kimeneti feszültséggel 0,8 V és 4,5 V közötti tartományban, vagy állítható kimeneti feszültséggel. A 3. ábra az STLQ020 sorozat fix kimeneti feszültségű változatának belső felépítését mutatja.

 

EBV 3

 

3. ábra A kisfogyasztású, 200 mA ultraalacsony nyugalmi áramú LDO belső felépítése (forrás: ST Micro)

 


Az STLQ020 háromféle tokozásban érhető el, amelyek közül a legkisebb 0,773 mm × 0,773 mm × 0,36 mm méretű – Flip-Chip 4.
Mint említésre került, az akkumulátor feszültségének és a terhelési áramnak a mérése megbízhatóan jelzi az eszközkövető állapotát. Az ultraalacsony fogyasztású műveleti erősítők életképes módszert kínálnak az alacsony áramok mérésére. A megfelelő eszközök közé tartozik a TSU101 és a TSU111 az ST-től. A TSU101 például csatornánként 580 nA fogysztású műveleti erősítő, amely rail-to-rail üzemre képes, alacsony, 1,5 V és 5,5 V közötti tápfeszültség-tartományban. A 8 kHz-es erősítés-sávszélesség szorzata (gain-bandwith product) alkalmassá teszi őket számos elemmel működő, hordozható érzékelő és jelkondicionáló alkalmazáshoz.
A 4. ábra egy áramérzékelő alkalmazást mutat be, amely egy sönt ellenállást használ az áram mérésére. Az osztón keresztüli bemeneti feszültségeltolódás alacsony előfeszítési áramerősségű műveleti erősítőt igényel az árammérés befolyásolásának elkerülése érdekében. A 4. ábrán kiemelt ST TSU111 nagy pontossága jellemzően 150 mV offszet, erősítés-sávszélesség szorzata 11,5 kHz, nyugalmi árama 10 pA, valamint zero-drift technológiát kínál, amely a nagy pontosság mellett hőmérséklet-stabilitást is biztosít.

 

EBV 4

 

4. ábra Árammérési referencia-áramkör egy TSU111 nano teljesítményű, nagy pontosságú műveleti erősítővel (forrás: ST Micro)

 


Egy másik érzékelési példa a környezeti hőmérséklet mérése. Az 5. ábra egy egyszerű példát mutat be, amely egy ST STLM20 precíziós analóg ultraalacsony áramú hőmérséklet-érzékelőt használ egy ST TS883 rail-to-rail nanopower kettős komparátorral.

 

EBV 5

 

5. ábra Egy analóg hőmérséklet-érzékelő áramkör az ST TS883 nanopower komparátorral (forrás: ST Micro)

 


A TS883 két komparátora úgy konfigurált, hogy a környezeti hőmérsékletet a + 25 °C-os középhőmérséklet ± 10 °C-os tartományában figyelje. Az R1, R2, R3 ellenállások feszültségosztót képeznek a két komparátor referenciafeszültségének beállításához. 25 °C-on a kimeneti feszültség 1,574 V, a 35 °C-os legmagasabb hőmérsékleti határértéknél a kimenet 1,457 V, az alsó, 15 °C-os küszöbértéknél pedig 1,691 V.

Az EBV Elektronik – mint vezető félvezető-forgalmazó Európában – széles gyártói portfóliójából a legújabb alkatrészek és félvezető-megoldások teljes és folyamatos ellátását garantálja. Vegye fel a kapcsolatot az EBV technológiai és piaci szakértőivel, hogy az alkalmazásaihoz az optimális megoldást választhassa!

Az EBV Elektronik tervezéstámogatási képességei és műszaki szakemberei jelentősen hozzájárultak a NaBi Solo – a következő generációs IoT-alapú eszközkövetési alkalmazások számára fejlesztett innovatív, hosszú élettartamú nyomkövető eszköz – piacra kerüléséhez.
Magyar Elektronika, 2021 Október; https://www.magyar-elektronika.hu/10005-tartalom/2892-kapcsolat-a-felvezetogyartok-es-a-termekfejlesztok-kozott/

 

Több mint disztribúció – EBV Elektronik!

Gnyálin István
EBV Elektronik Kft.

1117 Budapest, Budafoki út 91–93.
Tel.: +36 30 470 34 96
E-mail: istvan.gnyalin@ebv.com
www.ebv.com