НТЛ Элин

НТЛ ЭлИн > Wireless Sensor Tags > Сенсорные теги

Сенсорные теги

Для формирования беспроводных систем Wireless Sensor Tags поставляется 16 типов тегов, включая т.н. Kumo‑датчики. Все теги Wireless Sensor Tags делятся на два семейства. К первому семейству относятся устройства, предназначенные для эксплуатации внутри помещений (см. здесь). Базовые теги этого семейства обеспечивают контроль температуры, относительной влажности, освещённости, движения, угла отклонения. Дополнительно это семейство включает: (1) тег‑индикатор залива и контроля влаги почвы, (2) Kumo‑датчик контроля положения дверей, основанный на эффекте Холла, и (3) инфракрасный высокочувствительный Kumo‑датчик обнаружения движения. Ко второму семейству относятся устройства, предназначенные для эксплуатации вне помещений, отличающиеся высокой степенью защиты от внешних воздействий, и оснащённые внешними зондами, которые обеспечивают контроль нормальных, высоких и низких температур, и даже изменрение влажности древесины (см. здесь).

Конструктивно каждый из базовых тегов Wireless Sensor Tags первого семейства, т.е. тегов предназначенных для контроля температуры, относительной влажности, освещённости, движения, угла отклонения, представляет собой миниатюрное автономное устройство, размещённое в плоском разъёмном корпусе‑футляре из белого полистирола. Внутри корпуса расположена многослойная плата с электронной схемой тега. Для улучшения звука от пьезозуммера (бипера) непосредственно над ним на корпусе исполнена матрица из 16 отверстий диаметром меньше 0,5 мм. Сквозное отверстие, расположенное в одном из углов корпуса тега, предназначено для его крепления и подвески. Если сквозное отверстие в корпусе тега, неудобно для его подвески, а тег должен быть обязательно закреплён в контрольной точке, для его крепления удобнее всего использовать двухсторонний скотч, поскольку сам тег очень лёгкий. Например, можно приклеить тег посредством скотча к двери или к раме окна, положение которых необходимо отслеживать и т.д.

Доступно четыре базовых типа тегов Wireless Sensor Tags первого семейства. Их условно можно обозначить, как: 10‑bit, 13‑bit, Pro, Pro ALS. Кроме того, теги Pro и Pro ALS выпускаются в версии rain proof, что определяет повышенную защищённость этих устройств к воздействиям внешней среды.

Основой схемы любого тега является универсальный восьмиразрядный микроконтроллер PIC16LF721 от компании MICROCHIP. Благодаря управляющей программе, прошитой во внутренней памяти этого компонента, осуществляется управление и координация работы всех других элементов схемы тега. Встроенный узел 10‑разрядного АЦП микроконтроллера позволяет отслеживать уровень напряжения батареи питания тега.

Расположенный в правой части платы ряд металлизированных отверстий позволяет осуществлять программирование микроконтроллера изготовителем, а также принудительную очистку пользователем флэш‑памяти тега, в которой хранятся значения основных установочных и рабочих параметров тега.

Роль датчиков температуры и относительной влажности исполняет высокоточная калиброванная микросхема HTU21D от компании TE Connectivity (а у тегов 10‑bit микросхема TSYS02 от этой же компании, оснащённая только датчиком температуры). В качестве датчика движения использован магнетометр, построенный на базе микросхемы 3‑х осевого цифрового компаса HMC5883L от компании Honeywell. Обе микросхемы связаны с микроконтроллером по I2C‑интерфейсу.

Схема тегов Pro ALS, в отличие от схем тегов 13‑bit и Pro, вместо магнетометра датчика движения содержит высокочувствительную интегральную фотоэлектрическую матрицу, исполняющую роль датчика освещённости.

Слева от микросхемы компаса HMC5883L размещён красный планарный светодиод подсветки тега. Ещё одним важнейшим элементом схемы тега является узел радиотрансивера, построенный на базе микросхемы узкополосного высокопроизводительного приемопередатчика AX5043 от компании AXSEM, которая связана с микроконтроллером по SPI‑интерфейсу. Антенна для этого узла собрана на базе набора планарных индуктивностей и конденсаторов, расположенных ниже микросхемы AX5043.

Самыми громоздкими элементами схемы тега являются кварцевый резонатор, исполняющий тактирование микроконтроллера и радиотрансивера, а также холдер для батареи питания и пьезозуммер, расположенные в верхней части платы.

Любой из тегов 13‑bit, Pro, Pro ALS, имеет встроенные датчик температуры, датчик влажности, датчик движения (или положения дверей), бипер и светодиод, которые могут генерировать соответственно звуковой и световой сигналы. Тег 10‑bit, имеет только 10‑разрядный датчик температуры, и не имеет датчика влажности. Питание тегов осуществляет сменная монетообразная литиевая батарея типоразмера CR2032.

Теги Pro и Pro ALS в отличие от тега 13‑bit, который может только передавать измеренные его датчиками значения по радиоканалу к менеджеру, снабжены дополнительным узлом памяти результатов. Этот узел реализован на микросхеме 23K256 от компании MICROCHIP, исполняющей роль статической оперативной памяти ёмкостью 32 Кбайта, и подключённой к микроконтроллеру тега по последовательному интерфейсу. Наличие такого узла позволяет, в случае выхода тега за пределы зоны устойчивого радиообмена с менеджером, накапливать в этой памяти фиксируемые результаты. Для тегов Pro значения температуры и влажности, а для тегов Pro ALS, дополнительно и значения освещённости. После того, как тег Pro или тег Pro ALS вновь оказывается в зоне радиообмена с менеджером, накопленные результаты автоматически считываются из его памяти в облачную базу данных. В результате пользователю будут доступны безразрывные графики температуры и влажности (и освещённости). Регистрация температуры и влажности тегом Pro, а также освещённости для тега Pro ALS, будет продолжаться при отключении питания менеджера или при обрыве Интернет‑соединения с ним.

Тип тега 10‑bit 13‑bit Pro Pro ALS
Диапазон измеряемых температур от 40°C до +85°C
Погрешность при измерении температуры ±1,0°С (при условии калибровки) ±0,4°С (см. диаграмму)
Минимальная градация при измерении температуры (чувствительность) 0,125°С 0,02°С
Диапазон при измерении влажности - от 0%RH до 95%RH
Погрешность при измерении влажности - ±2%RH (см. диаграмму)
Минимальная градация при измерении влажности (чувствительность) - 0,12%RH
Диапазон измерения освещённости - - - от 0,1 лк до 200’000 лк
Идентификатор FCC модели беспроводного устройства (FCCID) ZGW05

Тег‑индикатор Wireless Water/Moisture Sensor, входящий в состав первого семейства тегов Wireless Sensor Tags, предназначенных для эксплуатации внутри помещений, исполняет функции термометра, индикатора наличия/отсутствия воды и отслеживает содержание влаги в почве или уровень воды. Конструктивно тег‑индикатор также представляет собой миниатюрное автономное устройство, размещённое в плоском разъёмном корпусе‑футляре из белого полистирола. Однако дополнительно тег‑индикатор оснащён щупом, реализованным на базе печатной платы. Помимо датчика температуры, расположенного внутри корпуса тега‑индикатора, на его щупе имеются два дополнительных датчика ‑ резистивный и емкостной.

Резистивный датчик, контактные площадки которого расположены на самом кончике щупа, служит для обнаружения воды и срабатывает немедленно, когда площадки закорачиваются (заливаются водой). Отправка уведомлений возможна, как в моменты обнаружения воды, так и в моменты её исчезновения. Датчик обнаружения воды всегда включён и не потребляет дополнительной энергии.

Показания емкостного датчика зависят от диэлектрической константы окружающей среды, поэтому его можно использовать для измерения количества влаги в почве или для измерения уровня воды (зафиксировав щуп тега на определённой высоте в каком‑либо сосуде). При необходимости этот датчик можно отключить в целях экономии питания.

Измерения влажности (а также сравнения с выбранными пороговыми значениями) производятся с заданным пользователем интервалом в диапазоне от 5 с до 1 минуты.

Тип батареи питания CR2450 (не подлежит замене пользователем)
Срок службы батареи питания 3 года (типичное значение)
Диапазон при измерении влажности от 0%RH до 100%RH (при условии калибровки пользователем)
Разрешение при измерении влажности 8 разрядов (256 точек)
Диапазон при измерении температуры от -40°C до +85°C
Погрешность при измерении температуры ±1,0°С (типичное значение)
Минимальная градация при измерении температуры (чувствительность) 0,25°С
Идентификатор FCC модели беспроводного устройства (FCCID) ZGW06

Семейство тегов Outdoor Probe, ориентированных для эксплуатации в уличных условиях и условиях повышенной влажности, состоит из устройств трёх типов: Basic, Thermocouple, Protimeter, обозначение которых определяется видами внешних зондов, используемых в составе этих устройств.

Теги Outdoor Probe имеют прочный влагозащищённый пластиковый корпус с кабельным вводом (степень защиты IP68), через который к ним можно подключать внешние измерительные зонды различного типа. В качестве источника питания в этих тегах используется сменная литий‑тионил‑хлоридная батарея на 3,6 В типоразмера ½ АА с расширенным диапазоном эксплуатации – от ‑55°С до +85°С.

Тег Outdoor Probe Basic обслуживает один температурный зонд, в качестве которого выступает цифровой датчик температуры DS18B20. 3‑контактный клеммник для подключения датчика расположен на плате тега. Объём внутренней памяти тега позволяет сохранять 16384 отсчёта температуры с разрешением 0,0625°С.

К тегу Outdoor Probe Thermocouple можно подключить как датчик температуры DS18B20, так и термопару типа k‑Type. При этом пользователь может переключать посредством пользовательского веб‑интерфейса источник сигнала для канала температуры зонда (либо датчик DS18B20, либо термопара). Для подключения термопары на плате прибора установлен стандартный разъём типа Omega. Также прибор содержит внутренний термодатчик, измеряющий температуру с разрешением 0,03125°С, который одновременно является датчиком холодного спая термопары. Высокоточный 16‑разрядный АЦП обеспечивает измерение сигнала с термопары в диапазоне температур от ‑270°C до 1372°C с разрешением 0,03125°С. По каждому из двух каналов (температура зонда и температура корпуса) тег способен сохранять в памяти до 8192 результатов.

Тег Outdoor Probe Protimeter также содержит внутренний термодатчик, а в качестве внешних зондов способен обслуживать цифровой термометр DS18B20 и игольчатый датчик влажности древесины, применяемый при кондуктометрическом методе измерения содержания влаги. Прибор снабжён выносным переходником с коаксиальным разъёмом на конце (O 3,5 мм) для подключения к нему датчиков типа BLD5079 или BLD5060 серии Protimeter (GE Protimeter), производимых компанией Amphenol Advanced Sensors. Измерения осуществляются по принятому в промышленности стандарту, в единицах % WME (эквивалент влажности древесины), в диапазоне от 5,5 % WME до 70 % WME.

Тип батареи питания ½ АА, 3,6 В (возможна замена пользователем)
Срок службы батареи питания 5 лет (типичное значение)
Диапазон при измерении температуры внутренним термодатчиком от ‑40°C до +85°C
Диапазон при измерении температуры внешним зондом с датчиком DS18B20 от ‑50°C до +125°C
Диапазон при измерении температуры внешним зондом с термопарой k‑Type от ‑270°C до +1372°C
Диапазон при измерении влажности древесины внешним зондом с кондуктометрическим датчиком ( %) от 65,5 %  WME до 70 % WME
Погрешность измерения температуры, минимальная градация измерения температуры (чувствительность) для внешнего зонда с датчиком DS18B20 ±0.5°C, 0,0625°C
Погрешность измерения температуры, минимальная градация измерения температуры (чувствительность) для внешнего зонда с термопарой k‑type ±0.5°C, 0,03125°C
Погрешность измерения температуры, минимальная градация измерения температуры (чувствительность) для внутреннего термодатчика ±0.5°C, 0,03125°C
Идентификатор FCC модели беспроводного устройства (FCCID) ZGW11
Защита от внешних воздействий в соответствии со стандартом IEC 60529: IP68 (полностью водонепроницаемый)

Наверх