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Drahtlose Sensornetzwerke
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WSN-Lösungen für IoT-Anwendungen (Internet der Dinge, Internet of Things) leicht gemachtDas Internet der Dinge (IoT) verbindet Orte wie Gebäude oder Plätze mithilfe von Sensoren, Funk und Mikrocontrollern mit Netzwerken, Software, der Cloud und Ihnen selbst. Die Herausforderung besteht darin, die Zusammenarbeit der vielen verschiedenen Produkte zu gewährleisten und so das Netzwerk durch praktische Anwendungen zu erweitern. ADI verfügt über Lösungen im Rahmen eines drahtlosen Sensornetzwerks (Wireless Sensor Network, WSN) für alle – vom unerfahrenen Hobbybastler bis zum gestandenen Ingenieur. Das ideale WSN umfasst autonome Sensoren zur Überwachung von physikalischen Bedingungen und der Umwelt, dazu gehören z. B. Temperatur, Töne, Vibrationen, Druck, Feuchtigkeit, Bewegungen und Schadstoffe. Alle Sensoren übergeben ihre Daten über drahtlose Module (Transceiver) an einen zentralen Kontrollpunkt in einem Netzwerk. Ein WSN kann einige oder Tausende Knoten umfassen. Heutzutage müssen Knoten eigenständig sein. Viele verfügen über einen angeschlossenen Mikrocontroller (MCU), einen Transceiver und eine Antenne. Ein extrem niedriger Stromverbrauch ist ein Muss, da Knoten normalerweise batteriebetrieben sind. Heute verfügen viele Knoten über Energiegewinnungsfunktionen zur Verlängerung der Batterielaufzeit. Grundlage für jedes WSN sind der physische Raum und die Größen, die gemessen werden sollen. Es können vielfältige Sensoren, analoge Frontends (AFEs) und Verstärker eingesetzt werden. ADI hat zwei digitale Temperatursensoren, den ADT75 mit 12-Bit-Auflösung und den ADT7420 mit 16-Bit-Auflösung und einer I2C-Schnittstelle. Der AD7171 ist ein 1-Kanal-Kapazitätswandler. Der AD7745 ist ebenfalls ein 1-Kanal-Wandler mit 24-Bit-Auflösung, der für den Einsatz als Näherungssensor bestimmt ist. Der ADXL362 hat als dreiachsiger MEMS-Beschleuniger eine digitale Ausgabe. Die Modelle AD7798/AD7799 sind für präzise Messungen geeignete AFEs mit niedrigem Stromverbrauch und geringem Rauschen. Die AD7798 und AD7799 enthalten 16-/24-Bit-Sigma-Delta(Σ-Δ)-Analog/Digital-Wandler (ADCs) mit drei analogen differenziellen Eingängen. Der AD7792 ist ein 3-Kanal-16-Bit-Sigma-Delta-ADC mit On-Chip-Verstärker (Amp) und Referenz. Der AD7781 ist ebenfalls ein (Σ-Δ)-ADC mit 20-Bit-Auflösung. Der ADA4528 schließlich ist ein dualer 5V-Rail-to-Rail-Operationsverstärker (RRIO) mit besonders geringem Rauschen. Der Transfer von Daten vom Baustein und von Befehlen zum Baustein erfordert eine kabelgebundene oder kabellose Kommunikationsform. Bei den meisten IoT-Lösungen handelt es sich um drahtlose Lösungen, für die mehrere Frequenzbänder eingesetzt werden. Diese Bänder werden als ISM-Bänder (Industrial Scientific and Medical) bezeichnet. Es ist wichtig, den passenden Transceiver für die eingesetzten Frequenzen zu verwenden. Der ADF7030 ist ein Hochleistungs-Funktransceiver mit niedrigem Stromverbrauch für das 169MHz-ISM-Band. Sowohl der ADuCRF101 als auch der ADF7020 sind für die Frequenzbereiche 433 bis 464 MHz und 862 bis 928 MHz geeignet. Der ADuCRF101 hat einen zusätzlichen ARM®-Cortex®-M3-MCU-Core. Der Schmalband-ISM-Transceiver ADF7021 hat Frequenzbereiche von 80 bis 650 MHz und 862 bis 940 MHz. Als Zero-IF-2,4GHz-Transceiver für IEEE 802.15.4 (Wi-Fi) stehen die ADF7241 und ADF7242 zur Verfügung. ADI verfügt über eine Vielzahl von Mikrocontrollern für WSN. Bei den drei wichtigsten wird die ARM-Cortex-M3-Technologie eingesetzt. Der ADuCRF101 ist gleichzeitig Transceiver und MCU. Die ADuCM362 und ADuCM363 sind Präzisions-MCUs mit Sigma-Delta-ADCs und geringem Stromverbrauch. Der ADuCM362 hat duale ADCs, während der ADuCM363 einen Einzel-ADC bietet. Ein extrem geringer Energieverbrauch ist ein Muss für IoT-Geräte. ADI verfügt genau zu diesem Zweck über eine Reihe von LDO-Reglern (Linear Dropout). Der ADP125 ist ein CMOS-Regler für 5,5 V und 500 mA und der ADP160 ist ein CMOS-Regler für 150 mA. Der ADP3330 verfügt über anyCAP®-Technologie und kann Stromstärken bis zu 200 mA liefern. Der ADP5054 ist eine Stromversorgungslösung mit einem Vierfach(Quad)-Abwärtsregler. Der AD7781 ist mit seinem 20-Bit-Sigma-Delta(Σ-Δ)-ADC, einem rauscharmen, programmierbaren Verstärker (PGA) und einem On-Chip-Oszillator eine komplette Front-End-Lösung mit niedrigem Energieverbrauch für die Energiegewinnung. Der grundlegende Baustein für jede Schaltung ist der Verstärker (AMP). Der AD8236 ist ein 40µA-Micropower-Verstärker für Instrumente und der ADA4692 ist ein rauscharmer 3,6MHz-Vierfach-Operationsverstärker (OP) mit Rail-to-Rail-Ausgang. ADI verfügt über mehrere Multiplexer (MUX), die sich hervorragend für IoT-Anwendungen eignen. Mit einem MUX können analoge oder digitale Eingangssignale kombiniert und über einen einzigen Kanal übertragen werden. Der ADG439 ist ein fehlergeschützter analoger 4-Kanal-Hochleistungs-MUX. Als fehlergeschützter 8-Kanal/4-Kanal-MUX ist der ADG509 verfügbar. Es gibt drei MUX mit iCMOS®-Technologie von ADI. Der ADG1208 ist ein 8-Kanal-±15V/+12V-MUX, der ADG1209 ist ein 4-Kanal-±15V/+12V-MUX und der AD1408 ist ein 8-Kanal-±15V/12V/±5V-MUX mit 4 Ω Ron. Systemdiagramm
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