隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，預(yù)計(jì)未來幾年將有數(shù)百萬計(jì)的傳感器被部署用于支持智慧城市、智能農(nóng)業(yè)和智能樓宇等概念。這些傳感器多數(shù)將位于難以接近或空間受限的位置，如屋頂、街燈頂部、塔桅、橋梁以及重型機(jī)械內(nèi)部。為滿足這些位置的要求，傳感器通常需要采用無線通信并由電池供電，有時(shí)還需結(jié)合能量收集技術(shù)。本文探討了設(shè)計(jì)高效物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵技術(shù)和考慮因素。

關(guān)鍵指標(biāo)與設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)需關(guān)注幾個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：功耗、集成智能節(jié)能特性、小型化設(shè)計(jì)、深度FIFO（先進(jìn)先出緩沖區(qū)）以及適當(dāng)?shù)膸挕榱藴p少數(shù)據(jù)傳輸量，降低帶寬需求及成本，傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備一定的智能處理能力，能夠在本地區(qū)分有用數(shù)據(jù)與無用數(shù)據(jù)。這不僅要求傳感器具有智能特性，還需要維持極低的功耗水平。

智能傳感器節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)

在傳感器節(jié)點(diǎn)上實(shí)施智能處理可以顯著減少向云端或本地服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)量，從而節(jié)省電能和帶寬。例如，在條件監(jiān)控系統(tǒng)（CBM）中，根據(jù)機(jī)器的成本和復(fù)雜性，可以在傳感器節(jié)點(diǎn)局部完成不同程度的數(shù)據(jù)處理。從簡(jiǎn)單的超范圍報(bào)警到連續(xù)數(shù)據(jù)流，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型多樣。ISO10816標(biāo)準(zhǔn)定義了特定轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)速度閾值，超出此閾值即觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，旨在優(yōu)化系統(tǒng)的有效壽命。

加速度計(jì)的選擇與應(yīng)用

對(duì)于符合ISO10816標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，加速度計(jì)的選擇至關(guān)重要。理想的加速度計(jì)應(yīng)具備50g或更低的測(cè)量范圍，并在低頻下保持低噪聲水平。這是因?yàn)橄到y(tǒng)會(huì)周期性地整合加速度數(shù)據(jù)以生成單一的速度點(diǎn)，而含有低頻噪聲的數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致速度輸出中的誤差增大。盡管傳統(tǒng)壓電加速度計(jì)在此方面存在局限，但現(xiàn)代MEMS加速度計(jì)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠提供更低的本底噪聲，適用于經(jīng)濟(jì)型CBM應(yīng)用及嵌入式解決方案。

ADI的產(chǎn)品解決方案

ADI公司提供了多種適合超低功耗智能傳感器節(jié)點(diǎn)的加速度計(jì)產(chǎn)品，包括ADXL362、ADXL363、ADXL372和ADXL375等。這些產(chǎn)品集成了豐富的特性，有助于延長(zhǎng)電池壽命、減少帶寬使用并降低成本。例如，ADXL362和ADXL363具有低功耗特性，并支持過閾值活動(dòng)檢測(cè)、譜線輪廓報(bào)警等功能；而ADXL372和ADXL375則特別適用于沖擊監(jiān)測(cè)場(chǎng)景，提供峰值加速度值和長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)或非活動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)。如需ADXL362、ADXL363、ADXL372和ADXL375產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測(cè)試、采購、BOM配單等需求，請(qǐng)加客服微信：13310830171。

FIFO與數(shù)據(jù)管理

有效的FIFO設(shè)計(jì)對(duì)于優(yōu)化傳感器節(jié)點(diǎn)性能至關(guān)重要。當(dāng)加速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于FIFO中并檢查是否存在活動(dòng)事件時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)可以處于關(guān)斷狀態(tài)。一旦發(fā)生沖擊事件，事件發(fā)生前的數(shù)據(jù)會(huì)被凍結(jié)在FIFO中，避免了處理器需要連續(xù)采樣和處理加速信號(hào)的情況，從而大幅延長(zhǎng)電池壽命。例如，ADXL362和ADXL363的FIFO能夠存儲(chǔ)超過13秒的數(shù)據(jù)，使得用戶能夠詳細(xì)分析事件發(fā)生前后的情景。此外，這些加速度計(jì)采用全帶寬架構(gòu)而非功率占空比模式，確保輸入信號(hào)不會(huì)混疊，進(jìn)一步降低了功耗。

結(jié)論

設(shè)計(jì)高效的物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)涉及多個(gè)方面的考量，包括但不限于功耗優(yōu)化、智能數(shù)據(jù)處理、小型化設(shè)計(jì)、深度FIFO以及合適的帶寬。ADI公司的系列加速度計(jì)產(chǎn)品通過集成先進(jìn)的節(jié)能特性和智能功能，為構(gòu)建高性能、低成本的物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供了強(qiáng)有力的支持。無論是應(yīng)對(duì)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境還是日常生活中的智能應(yīng)用，合理選擇和配置傳感器節(jié)點(diǎn)都是實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)采集與處理的關(guān)鍵所在。通過精心設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)，不僅可以提高數(shù)據(jù)處理效率，還能顯著延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低成本，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展。