物联网可以应用在智能住宅,农业,零售等地方。
智能住宅:最佳物联网应用理念中,有机会通过智能恒温器,空调,扬声器,宠物喂食器以及为促进和控制家庭日常操作而创建的许多其他技术创新来改善空间。
农业:农民严重依赖智能设备并将其应用于农业和畜牧业管理。在性能和有效性方面,该地区最佳的物联网应用包括无人机,各种检查土壤成分和预测气候变化的工具,以及用于检测牧群成员疾病和跟踪其位置的物联网应用。
零售:在零售领域的物联网应用实例中,存在许多使用智能设备来增强店内体验的情况。
具体来说,物联网的各种应用意味着智能手机的使用能力促进零售商和买家之间的沟通,最需要的商品和服务出现在客户眼前的正确位置和右侧时刻。
一次电池物联网设备
许多小型IoT器件要求用一次电池长期工作。
因此,在为传感器、MCU、无线通信各功能供应超低消耗工作且高效电源的同时,电池控制、监视也变得重要。在此,将示例一种解决方案,其添加了一般且适合电池长期工作的电源配置及切断运输和不使用时的电源消耗的功能。
备注:关于锂一次电池
30V是二氧化锰型 / 36V是亚硫酰氯型
解决方案概要
关于升压IC
电路框图(a)是可将MCU直接连接到电池的情况。简单的IoT/安全/可穿戴/医疗的小型器件多为这种结构。
近年来,在18V~38V的大范围内工作的MCU越来越多,这种情况下,无需使用电源IC,即可直接连接到电池使用。对此,RF和传感器需要33V的固定电压,即使工作电压宽也为了要满足规格,大多需要一定电压以上的电压,即需要升压IC。RF和传感器不会一直工作,有时RF也会每天通信一次,而且是几秒钟。
此外,即使看起来像一直在工作,其实有很多情况是通过细致地ON/OFF控制降低消耗电流,使电池耐用。为实现上述工作,在需要时,MCU将对RF和传感器的工作进行ON/OFF控制。此外停止时,不仅会停止RF和传感器的功能,还会使升压IC及稳压器停止工作,可长时间使用电池。要抑制工作时的纹波,使其噪声频率恒定,PWM固定型适合。
如果轻载的工作状态存在,则使用PWM/PFM转换(自动切换工作模式)型。此外,要抑制EMI,并使其小型化,线圈一体型适合。升压 DC/DC
XCL102: PWM, 线圈一体型XCL103: PWM/PFM, 线圈一体型XC9141: PWM, 外置线圈XC9142: PWM/PFM, 外置线圈关于LDO
为了使RF和传感器的电源噪声更低,有时会在升压IC的后级使用稳压器。具有高纹波抑制比/低噪声并且良好的负载瞬态响应特性的高速LDO最适合于消耗电流的陡峭变化的RF部位此外,传感器用途中100kHz以上的噪声重要的情况下,也有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。稳压器XC6233: 高速
XC6215: 低消耗
关于RESET IC
监视电池电压,电压下降时,向MCU发送信号。使用超低消耗型,抑制对电池的负担。
MCU的电源电压与正在监视的电压相同,所以可使用CMOS输出型。CMOS输出型无需上拉电阻,不会有流过上拉电阻的消耗电流。也减少零部件,N沟开漏产品在电池电压下降时输出“L”时,使用的上拉电阻的会有电流流过消耗电流会增加,会影响电池寿命。MCU中也有UVLO和A/D转换器等能监视电压的产品,作为低消耗电压监视和功能安全,MCU外部需要监视功能时,电压检测器很有用。电压检测器XC6136 C型: Iq~100nA (C型 : CMOS输出)关于改善电池的耐久性的解决方案 / Push Button Load SW
电路框图(b)是一种通过添加Push Button负载开关,功能追加和大幅度改善电池的耐久性的解决方案。为了共享MCU控制和按钮控制需要开关引脚右侧的SBD和MCU的VDD的上拉电阻是需要的。
Push Button 负载开关XC6194: 1A SW内置XC6193: 支持外置Pch驱动大电流本解决方案具有以下很大的优点。
1、防止从产品出货到开始使用的电池放电
被称为“Storage模式”、“Ship模式”。最适合不能拆卸电池的设备。此时的消耗电流几乎为0。通过按下按钮,即可开始使用。当然,可与此IC共享MCU控制用的按钮。
2、可用作主电源ON-OFF开关
可用按钮代替机械开关进行ON-OFF。例如,最适合防水设备。MCU可向SHDN引脚发送信号,并关闭Push Button负载开关。此外,我们还准备了可通过长按按钮关闭Push Button负载开关的类型。
3、解除死机
设备死机等异常时,可有效利用长按按钮的OFF功能。选择长达5秒或10秒的类型误操作而关闭的可能性会降低,适用于死机对策。关闭后,再次按下按钮即可使之正常启动。并且Push Button负载开关作为对电池有益的功能,具有以下特点。
通过冲击电流防止功能,抑制启动时的冲击电流
启动完成后有PG引脚输出可起动使下一级电源IC和MCU工作。
12V UVLO功能让Push botton负载开关进入Shutdown状态,有防止电池漏液的效果。VOUT大幅下降时,通过输出短路保护功能进行Shutdown保护如上所述,即使是以直接连接到电池工作的MCU为核心的简单的IoT器件,稍微花点功夫就可进一步改善电池的耐久性和容易满足小型高灵敏度要求。
Li-ion Polymer互联网设备
虽然是电池工作,但传感器和通信的频率高且功能复杂的IoT器件大多使用Li-ion/Polymer二次电池。对一次电池的充电控制和配合电源电压的超低消耗降压DCDC的追加是有代表性的电源解决方案。
解决方案概要
关于CHARGER IC
使用Li-ion/Polymer的IoT器件需要充电用电池充电IC和将电压降至MCU的电源电压范围内的降压DC/DC或稳压器。首先,我将说明电池充电IC的用法。充电电压(CV : Charge Voltage)和充电电流(CC : Charge Current)是基本选择。根据所需的充电电流,选择充电IC和电阻RISET。
电池充电ICXC6808: 5mA ~ 40mAXC6803: 40mA ~ 280mAXC6804: 200 mA ~ 800 mA本电路框的Li-ion/Polymer电池是内置NTC,外置PCM(电池保护电路)的情况。无论内置/外置都需要PCM。关于NTC,如果没有内置在电池中,请注意放置场所并将其外置。如果不需要NTC,请通过电池充电IC指定的方法处理NTC连接引脚。这里显示充电状态的CSO引脚已用于向MCU发送充电情况。CSO引脚为N沟开漏输出,已通过电阻上拉到MCU的电源,以使信号的“H”电平与MCU的I/O电压范围相匹配。
如果用LED显示充电状态,则通过限制电流用电阻驱动LED,使该电源从VIN获得。这是为了避免用充电IC供应的充电电流驱动LED。VIN中放置了浪涌保护用TVS。因为是外部引脚,可能会有ESD等浪涌、及劣质USB适配器在无负载时也可能会产生相当高的电压,要用TVS和齐纳二极管采取对策。
此外,在充电的同时使用负载电流的情况、或一直供电5V,将Li-ion/Polymer电池用于备用时,可使用具有从VIN或电池两者输出提供适当电流的Current Path功能的高功能充电IC。带Current Path和Shutdown 电池充电ICXC6806关于MCU专用降压DC/DC及LDO
Li-ion/Polymer电池高达CV = 42V或435V,一般来说,最大38V左右的MCU需要降压DC/DC或稳压器。在IoT设备中,MCU许多期间在Sleep状态下工作,因此IOUT从μA级(Sleep时)到100mA以上(工作峰值时)必须高效。通过将在超低消耗的同时搭载输出电压切换(VSET)功能的降压DC/DC用于此用途,可进一步改善电池的耐久性。如果使用输出电压切换功能,即使使用电流相同也能降低工作电压,可大大降低功耗。一般来说,MCU因内置的RF、模数和高速运算等,所以在工作时需要较高的电源电压,但可在Sleep时以最小电压工作。例如,Sleep时通过将VOUT从30V降至18V,可减少MCU的功耗,大幅改善电池的耐久性。降圧DC/DCXC9276: Iq = 200nA, 输出电压切换功能XCL210: 线圈一体型 Iq = 05μA (无输出电压切换功能)如果要廉价配置解决方案,稳压器适合。
此外在可充电的应用程序中,即使是效率低下的稳压器,有时也会被判断没有问题而使用。稳压器XC6504: Iq = 06μA, 无需输出电容
关于RF/Sensor专用降压DC/DC及LDO
RF和传感器也因电池电压高而需要降压DC/DC和稳压器。
RF中重要的是低纹波且低EMI。此外,RF特别在发送时的电流变化陡峭,所以瞬态响应出色的HiSAT-COT控制适合。降圧DC/DCXC9281: PWM, 世界最小解决方案(352mm2)/低EMIXC9282: PWM/PFM, 世界最小解决方案(352mm2)/低EMIXCL221: 线圈一体型 PWM,12MHz/高效/低EMIXCL222: 线圈一体型 PWM/PFM,12MHz/高效/低EMI仅在需要MCU时,设CE=“H”,工作降压DC/DC,向RF和传感器供应电压使之工作。停止时,不仅会停止RF和传感器的功能,也会停止降压DC/DC的工作,可使电池长时间使用。要抑制工作时的纹波,使其噪声频率恒定,PWM固定型适合。如果有轻载的工作状态,则使用PWM/PFM转换(自动切换工作模式)型。如果要使用稳压器,高纹波抑制/低噪声且像RF一样的消耗电流变化陡峭的负载瞬态响应出色的高速LDO最适合。此外,传感器用途中100kHz以上的噪声重要的情况下,会有高频噪声低的低消耗型比高速型更适合的情况。稳压器XC6233: 高速XC6215: 低消耗
关于RESET IC
使用超低消耗电压检测器可监视电池电压。MCU的电源电压与检测的电池电压不同,因此要使用N沟开漏型,通过电阻上拉到MCU的电源电压,并将信号传递给MCU。如果想降低检测后的上拉电阻消耗电流,将监测(VSEN)引脚从电源(VIN)引脚中分离,并使用CMOS输出型。通过从MCU的电源电压获得电源,可使用CMOS输出型。电压检测器XC6136 N型: Iq~100nA (N型 : N沟开漏输出)XC6135 C型: Iq~100nA,传感引脚分离型 (C型 : CMOS输出)关于Push Button重启控制器
关于作为死机对策而附加的Push Button重启控制器。
Push Button重启控制器XC6190Li-ion/Polymer的IoT设备一般不能拆卸电池,所以需要在死机等设备异常时进行复位并使之重新启动的功能。本例中有两个MCU控制用按钮,Push Button重启控制器与其共同使用。死机时,同时持续按下两个开关,规定的时间过去后,RSTB下降到“L”,可复位MCU。RSTB为N沟开漏输出,因此将上拉到MCU的电源电压。这里是向MCU发送了RESETB信号,另外也有例如控制驱动MCU电源的降压DC/DC的CE,通过长按RESET关闭DC/DC来强制重新启动的方法。如上所述,通过配置最合适功能的IC,可实现简单而工业设备所需的低噪声、长寿命的高性能IoT设备。
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是一个温度控制系统,IoT智能恒温是使用物联网技术控制和监督室内温度的智能控制系统。它可以根据时间、温度和其他因素来调整室内温度,以维持最佳温度。通常采用控制温度比较严格的条件下使用,稳定性十分好,可以很好的满足使用者的需求
物联网的功能组件:
设备。包括现有常用的设备,例如智能仪表或车辆,这些连接组件已集成到产品设计中。也包括由于物联网技术而出现的新设备,例如宠物追踪器。这样的设备必须具有传感器、通信功能,还将具有其他元素(例如,电源)。另外,根据设备的类型,它可能具有HMI。
传感器和执行器已连接的设备。传感器能够从环境中捕获数据(例如,温度)。执行器响应指令并进行更改设备状态(例如,调节恒温器的温度)。执行器的指令可以来自同一设备上的传感器,也可以来自其他来源(例如,房主回家时,可以通过移动电话激活恒温器)。设备可以同时具有传感器,执行器两类功能。
通信硬件使设备能够连接到网络,以将数据从传感器发送到后端系统。包括用于通过蓝牙,Wi-Fi,ZigBee,LoRa,蜂窝网络(例如GSM,5G,NB-IoT,LTE-M)或多种专有技术进行无线连接或通过固定网络进行无线连接的硬件。有些设备将具有连接到多种类型网络的硬件。
–连接网络(可以是蜂窝网络,固定网络或卫星网络)可以通过Internet或专用网络将来自传感器的数据传递到用户的后端系统。
此外,可以将各种不同的应用软件为最终用户提供附加价值。
–服务端软件包括用于收集和分析来自传感器和其他来源的数据(例如,天气预报数据)的服务器。这些服务端系统可以在公共或私有云或本地硬件中找到。对于非常简单的系统,服务端软件可以是标准PC。
–设备管理,安全性和数据分析等软件平台可确保IoT设备正常运行。这样的平台还包括用于分析数据并改善业务流程的数据分析软件,以及用于存储数据的数据库。
–应用软件还包括计费和客户支持等服务。
物联网价值链还包括设计,构建和管理物联网服务的系统集成商(SI)或开发人员。物理设备通常需要安装和维护。
天工测控主要面对安防,车载,物联网,无人机,机器人,智能家居一类生产企业,提供核心模块技术和方案。其中就包含提供位置信号的定位模块及基于位置信号的应用方案,比如我们的GPS模块、北斗模块、组合导航模块和蓝牙室内定位方案、室内外无缝定位方案、UWB测距应用等;然后把各种信息连接起来,服务于我们智能生活中的无线模块及应用方案,比如WiFi模块、BLE蓝牙模块、组合模块和智能插座方案、无线图传方案、智能照明方案、智能门锁等智能家居类应用方案,为我们的生活提供更多便利,营造一个更安全、舒适的家居环境。
物联网设备是非标准计算设备,可无线连接到网络并具有传输数据的能力。物联网涉及将互联网连接范围从台式机,笔记本电脑,智能手机和平板电脑之类的标准设备扩展到任何范围的传统“哑”或未启用互联网的物理设备和日常物品。这些设备嵌入了技术,可以通过Internet进行通信和交互。它们也可以被 远程监视和控制。
连接的设备是生态系统的一部分,在该生态系统中,每个设备都与环境中的其他相关设备通信以自动执行家庭和行业任务。他们可以将可用的传感器数据传达 给用户,企业和其他预期的各方。这些设备可以分为三大类:消费类,企业类和工业类。
消费者连接的设备包括智能电视,智能扬声器,玩具,可穿戴设备和智能电器。例如,在 智能家居中,设备旨在感应和响应人的存在。当一个人回到家中时,他们的汽车与车库连通以打开门。进入室内后,温度调节器已经被调整到其首选温度,并且照明设置为较低的强度和颜色,因为他们的智能手表数据表明这是一个充满压力的日子。其他智能家居设备包括根据天气预报调整洒水量的洒水装置和了解最经常清洁房屋区域的机器人真空吸尘器。
企业物联网设备是旨在供企业使用的边缘设备。有各种各样的企业物联网设备可用。这些设备的功能各不相同,但往往倾向于维护设施或提高运营效率。一些选项包括智能锁,智能恒温器,智能照明和智能安全性。这些技术的消费者版本也存在。
在企业中,智能设备可以帮助举行会议。位于会议室中的智能传感器可以帮助员工确定和安排会议可用的房间,确保可以使用合适的房间类型,大小和功能。当与会人员进入会议室时,温度将根据占用情况进行调整,随着屏幕上适当的PowerPoint加载,灯光将变暗,并且演讲者开始演示。
消费者,企业和工业物联网设备的示例包括装配在会议室和装配线机器上的智能电视和智能传感器。
工业物联网设备旨在用于工厂或其他工业环境。大多数工业物联网设备是用于监视装配线或其他制造过程的传感器。来自各种类型传感器的数据将传输到监视应用程序,以确保关键流程处于最佳运行状态。这些相同的传感器还可以通过预测何时需要更换零件来防止意外停机。
如果发生问题,系统可能能够将通知发送给服务技术人员,以告知他们出了什么问题以及解决问题所需的部件。这样可以避免技术人员到现场诊断问题,然后再去仓库获取解决问题所需的零件。
物联网设备如何工作?
物联网设备在功能方面有所不同,但是物联网设备在工作方式上有一些相似之处。首先,物联网设备是旨在以某种方式与现实世界进行交互的物理对象。该设备可能是装配线上的传感器或智能监控摄像头。无论哪种情况,设备都可以感知物理世界中正在发生的事情。
该设备本身包括集成的CPU,网络适配器和固件,通常在开放源代码平台上构建。在大多数情况下,物联网设备连接到动态主机配置协议服务器,并获取该设备可用于在网络上运行的IP地址。某些物联网设备可通过公共互联网直接访问,但大多数设计为仅在专用网络上运行。
尽管不是绝对要求,但许多物联网设备是通过软件应用程序配置和管理的。但是,某些设备具有集成的Web服务器,因此不需要外部应用程序。
物联网设备配置并开始运行后,其大部分流量就出站了。例如,安全摄像头可传输视频数据。同样,工业传感器流式传输传感器数据。但是,某些物联网设备(例如智能灯)确实接受输入
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