La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/2005 1 Dipartimento di Elettronica per lAutomazione,

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/2005 1 Dipartimento di Elettronica per lAutomazione,"— Transcript della presentazione:

1 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Dipartimento di Elettronica per lAutomazione, Università di Brescia, Via Branze Brescia (Italy) Tel: fax: Sito Web:

2 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Architettura? –Punto a punto –Stella –Rete più complessa – Problematiche legate allapplicazione Tempo scansione sensori Coordinatore/sensori come sono alimentati? Dimensioni sensore Area (estensione, numero nodi, interferenza)

3 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Tecnologie a confronto IRRF / WirelessUSB UWBNFC Frequenza nm 433 MHz 868/915 MHz 2.4/5 GHz2.4 GHz MHz, 2.4GHz GHz Connessione Induttiva (13.56MHz) Data Rate20k-16Mbps0.3kbps11-54 Mbps1 Mbps62.5 kbps kbps Mbps kbps Area1-9m (LOS)10m50-100m10m~ 50m10-100m<10m~20cm Topologia di rete Punto a punto Stella Stella, albero,mesh Punto a punto ComplessitàSemplice AltaMedio/AltaSempliceMedia Semplice Consumi Molto bassi (10mW, dipende dalla distanza) Bassi (~200mW) Alti ~1W Medi ~300mW Bassi ~200mW Bassi ~100mW Bassi ~100mW Bassi Applicazioni Remote control, trasmissione dati a corto raggio Controllo remoto Wireless LAN Cable replacing Periferiche PC Automazione e controllo Trasmissione segnali a banda larga Trasmissione dati a corto raggio

4 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ (ZigBee) (Bluetooth) WPAN a g b WLAN Data rate Complessità Consumo b g a MHz Tecnologie a 2.4GHz ( GHz) –ISM libera in tutto il mondo –Disponibilità di soluzioni –Spazio canali (velocità, molte coppie che comunicano contemporaneamente nella stessa area ) Soluzioni standardSoluzioni proprietarie Chipcon 2500 WirelessUSB MC13191

5 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Codice (CDMA) t (TDMA) Canale (FDMA) f RF 314N221 salto canale f ch Unspread Spreading Interferenza De-Spreading Correlazione OK! –Strategie in caso di sottospazio occupato Ascolto prima di parlare (CSMA/CA) Continuo a cambiare canale (FHSS) Spreading dei dati (DSSS) Caratteristiche dei codici PN Time Freq. Code Interferenza con altre RF source –Nella stessa area possono parlare Coppie in tempi diversi Coppie su differenti canali Coppie con differenti codici CSMA/CA FHSS DSSS 555 ERRORE!

6 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Codice 5 Data bitCode Simbolo Chip Chip rate = Channel bandwidth Data rate (DSSS) IEEE bit 2 code 32 = 64 2Mchip/s = 32µs; 32kbyte/s WirelessUSB 8 bit 4 code 32 = 128 1Mchip/s = 128µs; 8kbyte/s –Canale largo Transfer rate elevati (WiFi), poche coppie insieme –Code a pochi chip Transfer rate elevati, rumore (tip. 32) –Molti data bit per code Transfer rate elevati, complessità, rumore

7 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Alimentazione ADC c Tx/RxSensore Scelta dellantenna Antenna potenza irradiata P -P: max. 100mW, peak 10mW/MHz -A quale distanza d arriva il mio segnale -P ~ d n (2 < n < 4 –antenne scarse-) Alcuni parametri: Efficienza = Pr / (Pr + Pd) (potenza irradiata Pr, dissipata Pd); antenna piccola Rr bassa! Guadagno G (diagrammi): irradiamento nello spazio (, perdite, direttività) Potenza effettiva irradiata dallantenna EIRP = G P; (P al trasmettitore) Antenna Osservazioni: Più è elevata la f più piccola è lantenna I connettori per le antenne sono costosi Il design delle antenne è molto critico G

8 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Antenna –Tipologie: Chip antenna: dimensioni ridotte bassa efficienza e costi elevati PCB antenna: Single ended Adattamento (Baluns transformer) PIFA, Meander,... Differenziali dipolo dimensioni maggiori Simulatori (es. ANSOFT)

9 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Zinco Carbone AlkalineLitioNickel - Cadmio Nickel Metallo Idrato (NiMH) Ioni di Litio Tensione nominale [V]1,5 31,2 3,6 Resistenza internaMediaBassa Molto bassa Capacità (AA) [mAh] Ricaricabili?No(NO)NoSi Scarica naturaleLenta Molto LentaVeloceVeloce (30% /mese)Veloce (20% / mese) Costo (AA, $) NoteVecchieDiffuseTossicheVecchieDiffuseLeggere, tossiche Batterie Resistenza interna bassa per sopportare i transitori del transceiver Scarica naturale critica per regolatori lineari Condensatori con basso ESR (Equivalent Series Resistance) NO!SI!

10 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ mm 26mm (14,5mm )(10.5mm ) (26.2 x 17.5 mm) 61mm 50 mm 45 mm44.5 mm D C AA AAA 9V Batterie PCPhoneDCAAAAA9VCOSTONOTE Alkaline (1.5V) 17Ah7.8Ah2.2.Ah1Ah0.6AhBassoNon ricaricabile NiMH (1.2V) 6.5Ah2.8Ah2.0Ah0.7Ah MedioRicaricabile, non tossica Ioni Litio (3.6V) 2Ah0.7Ah (0.8Ah) AltoRicaricabile, leggera, tossica

11 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ FORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ LDO: regolatori a bassa caduta di tensione (Es.. Pochi componenti (condensatori di bypass) Alte correnti di uscita, basso rumore Basso costo, bassa efficienza Bassa efficienza V in > V out Charge pump (Es.. Necessitano di pochi componenti (inductorless) Buona efficienza, costo Medio V in > V out oppure V out < V in Rumore medio V out multiplo di V in Basse correnti di uscita (<20mA) Step up / Step down converter (Buck boost) Alta efficienza, alto costo Medie correnti di uscita V in > V out oppure V out < V in Criticità dellinduttore (layout) Rumore elevato Componenti utilizzati per aumentare lutilizzo delle batterie Alimentazione a batteria Convegno sensori wireless Attenzione alle correnti di perdita

12 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Interfaccia sensore –Legata al tipo di applicazione: Pressione, umidità, temperatura, … Prossimità, movimento, strain Biochimici,luce … –Sensore alimentato solo durante la misura (tempo di stabilizzazione?) –Conversione AD interna al µC general purpose (power-down mode) –Amplificatori operazionali: Alimentati solo durante la misura Ultra low-power rail-to-rail (~10µA) –Futuro? SoC (System on Chip) Sensori Elettronica dinterfaccia Bus sensori Elettronica di controllo Bus di sistema

13 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Interfaccia sensore –Vantaggi SoC dimensioni minime ottimizzazione risorse configurabilità –Microcontrollori che integrano A/D e circuiti programmabili analogici (PSoC by Cypress) A/D Converters –8-bit Successive Approximation –8-bit Delta Sigma –11-bit Delta Sigma –12-bit Incremental –7-13 bit Variable Incremental –Dual input 7-13 bit Variable Incremental –Tri input 7-13 bit Variable Incremental D/A Converters –6, 8, and 9-bit –6 and 8-bit multiplying Filters –2-pole Low-pass filter –2-pole Band-pass filter Amplifiers –Programmable Gain Amplifier –Instrumentation Amplifier –Inverting Amplifier Programmable Threshold Comparator

14 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Microcontrollore Il consumo medio di corrente determina la durata delle batterie Modalità RUN solo quando necessario Modalità di sleep e meccanismi di wake up Quante istruzioni vengono eseguite in un certo tempo ? Velocità, Architettura! Sistemi di clocking e tempi di start up Riposo Attivo Tempo Corrente Prescaler periferiche Seriali Timers ADC Prescaler CPU Clock principale Clock secondario

15 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ o ZigBee? Caratteristiche: Data rates: 250 kb/s (10 bytes = 40µs + ~200µs fisso) Consumi: ~30mA (Tx/Rx), ~3mA (µC attivo -ms-), ~10µA (Sleep) 1Ah: 1 anno = 8760h a 110µA medi (efficienza 100%) T Tx/Rx ~1ms, T µC on ~10ms Toff > 0.6s Peso del protocollo: T Tx/Rx, T µC on (Interferenze?) APS P31 … ZDO P PHY RF Transceiver PHY MAC PHY MAC RF Transceiver MAC Sol. Proprietaria Sol. IEEE NWK Utente APP Utente Sol. ZigBee ZB NWK 5 MHz 2.4GHz2.4835GHz 2 MHz

16 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Master/slave FFD Router RFD PAN COORDINATOR I vantaggi dello standard (ZigBee – ) – Molteplici architetture di rete Stella Peer to Peer Albero – Nodi a diversa complessità: FFD: può essere PAN coordinator, tutte le funzionalità implementate (37KB) ZigBee? Anche Router! RFD: non implementa tutte le funzionalità (18KB), dispositivo SLAVE, può parlare solo con FFD Peer to Peer

17 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Network beacon Contention Access Period (CAP) Contention Free Period (CFP) 15.24ms * 2 n ; 0 n 14 Contention period Garanteed time slot I vantaggi dello std (ZigBee ) –Modalità Beacon: CAP? Slotted CSMA-CA CFP? TDMA (applicazioni isocrone) Beacon generati dal coordinatore Sincronizzazione –No Beacon: CSMA/CA simile Trasmissione diretta (sensore coordinatore) e indiretta (coordinatore sensore) Importante! Basso duty cycle RF:MC13192 µC: MC08HCSGT60

18 Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/ Conclusioni Idea Prototipo/demo Prodotto


Scaricare ppt "Convegno Sensori Wireless Alessandra Flammini, Università di BresciaFORTRONIC Electronic Forum - Padova 21/04/2005 1 Dipartimento di Elettronica per lAutomazione,"

Presentazioni simili


Annunci Google