Reti di sensori wireless (WSN)
di Analog Devices

Soluzioni WSN semplificate in applicazioni per l'Internet delle cose (IoT)

L'Internet delle cose (IoT) collega luoghi come edifici e spazi con sensori, radio e computing elettronico (microcontroller) con le reti, il software, il cloud e gli utenti. La sfida sta nel riuscire a far interagire fra loro una molteplicità di prodotti diversi per migliorare una rete con applicazioni del mondo reale. ADI dispone di soluzioni WSN per aiutare chiunque, dal maker alle prime armi allo sviluppatore più esperto. La WSN ideale è dotata di sensori autonomi per monitorare condizioni fisiche o ambientali, come la temperatura, il suono, le vibrazioni, la pressione, l'umidità, il movimento o gli inquinanti. I sensori trasmettono collettivamente i propri dati attraverso moduli wireless (transceiver) a una rete fino a un punto di controllo principale. La WSN può contenere da pochi nodi a migliaia di nodi. I nodi di oggi devono essere autonomi e molti sono dotati di microcontroller (MCU), transceiver e antenna collegati. La necessità di consumi estremamente bassi è un imperativo dato che i nodi sono in genere alimentati a batteria. Oggi molti nodi hanno capacità di energy harvesting per aumentare la durata della batteria.

Con qualsiasi WSN, occorre iniziare dallo spazio fisico e da ciò che deve essere misurato. È possibile usare diversi sensori, front-end analogici (AFE) e amplificatori. ADI ha due sensori di temperatura digitali: ADT75 è a 12 bit e ADT7420 a 16 bit ed è dotato di interfaccia I2C. AD7171 è un convertitore di capacitanza a 1 canale, mentre AD7745, anch'esso un convertitore a 1 canale, è a 24 bit ed è stato progettato per il rilevamento di prossimità. Per un accelerometro MEMS a 3 assi, ADXL362 ha un'uscita digitale.

AD7798/AD7799 sono AFE a bassa potenza, basso rumore per applicazioni di misurazione di alta precisione. AD7798/AD7799 contiene ADC (convertitori analogico/digitale) Sigma-Delta (Σ-Δ) a 16/24 bit con tre diversi ingressi analogici. AD7792 è un ADC Sigma-Delta a 3 canali, 16 bit con amplificatore su chip e riferimento. Per i 20 bit, AD7781 è anche un ADC (Σ-Δ). Infine, ADA4528 è un amplificatore operazionale doppio rail-to-rail (RRIO) a bassissimo rumore, a 5 V.

Il trasferimento di dati a monte e dei comandi a valle richiede una forma di comunicazione cablata o wireless. La maggior parte delle soluzioni IoT sono wireless e utilizzano diverse bande di frequenza; queste frequenze sono note come bande ISM (Industrial Scientific and Medical). È importante usare il transceiver di accoppiamento per le frequenze che si intende utilizzare. Il modello ADF7030 è un transceiver radio ad alte prestazioni, basso consumo, in banda ISM a 169 MHz. Sia ADuCRF101 che ADF7020 sono per frequenze di 433-464 MHz e 862-928 MHz. ADuCRF101 ha un core MCU supplementare ARM® Cortex®-M3. Il transceiver ISM a banda stretta ADF7021 adotta le frequenze 80-650 MHz e 862-940 MHz. Per i transceiver IEEE 802.15.4 (Wi-Fi) Zero-IF 2,4 GHz è disponibile ADF7241/ADF7242. ADI dispone di numerosi microcontroller per WSN. I tre più importanti si avvalgono di core ARM Cortex-M3. ADuCRF101 è sia transceiver che un MCU. ADuCM362/ADuCM363 sono MCU a bassa potenza e ad alta precisione dotati di ADC Sigma-Delta. ADuCM362 è dotato di due ADC diversamente da ADuCM363 che ne ha uno.

Per i dispositivi IoT, il consumo estremamente basso è un requisito imprescindibile. ADI offre una serie di regolatori a diseccitazione lineari (LDO) proprio a tale scopo. ADP125 è un regolatore CMOS a 5,5 V, 500 mA e ADP160 è un regolatore CMOS da 150 mA. ADP3330 adotta la tecnologia anyCAP® e può erogare una corrente di 200 mA. ADP5054 è un regolatore quadruplo buck o step-down per soluzioni di alimentazione. Per l'energy harvesting, AD7781 è un soluzione completa front-end a bassa potenza con ADC Sigma-Delta (Σ-Δ) a 20 bit, su chip, amplificatore a guadagno programmabile (PGA) a basso rumore e oscillatore su chip.

Il componente fondamentale di ogni circuito è l'amplificatore (AMP). AD8236 è un amplificatore strumentale a micropotenza da 40 µA e ADA4692 un amplificatore operazionale a quadrupla uscita a 3,6 MHz, basso rumore, uscita rail-to-rail. ADI offre numerosi multiplexer (MUX) ideali per applicazioni IoT. Il MUX consente segnali di ingresso misti analogici e digitali e trasmessi su una singola linea. ADG439 è un MUX analogico ad alte prestazioni, a 4 canali, protetto da guasti. Come MUX protetto da guasti a 8 canali/4 canali è disponibile ADG509. Sono disponibili tre MUX con tecnologia ADI iCMOS®. ADG1208 è un MUX a 8 canali, ±15 V/+12 V; ADG1209 a 4 canali, ±15 V/+12 V e AD1408 è un MUX da 4 Ω Ron, 8 canali, ±15 V /12 V /±5 V.

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Diagramma a blocchi di un sistema

Diagramma a blocchi di un sistema
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Prodotti

Tipo di prodotto 1. Sensore 2. Transceiver in banda ISM 3. Processore
Modello ADT7420 / ADXL362 / AD7151 / ADT75 / AD7745 / AD7798 / AD7799 / AD7792 / ADA4528 ADuCRF101 / ADF7020 / ADF7021 / ADF7241 / ADF7242 / ADF703 ADuCRF101 / ADuCM3
Tipo di prodotto 4. Alimentazione 5. Energy harvesting 6. Amp
Modello ADP125 / ADP160 / ADP3330 / ADP5054 ADP5090 AD8236 / ADA4692
Tipo di prodotto 7. Mux 8. ADC  
Modello ADG439F / ADG509 / ADG1208 / ADG1209 / ADG1408 / ADG1409 AD7781  
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