НТЛ ЭлИн > Wireless Sensor Tags > Теги

Теги

Для формирования беспроводных систем Wireless Sensor Tags поставляется несколько 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 – сенсорные теги и теги с внешним питанием - обеспечивают контроль температуры, относительной влажности, освещённости, движения, угла отклонения. Дополнительно это семейство включает: (1) тег‑индикатор залива, (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 зондами, которые обеспечивают контроль нормальных, высоких и низких температур, и даже исполняют отслеживание уровня влажности древесины (см. здесь).

Конструктивно каждый из сенсорных 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 сенсорного 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 типа сенсорных тегов Wireless Sensor Tags первого семейства. Их условно можно обозначить, как: 10‑bit, 13‑bit, Pro, Pro ALS.

Основой схемы любого сенсорного 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 сенсорного 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

Теги External Power Sensor и External Power Sensor ALS в составе первого семейства, предназначенные для мониторинга температуры, относительной влажности и освещённости, относятся к тегам третьего поколения. Такие теги отличаются принципиально иной схемой питания, что характеризует их название – теги с внешним питанием. Они не имеют внутри своего корпуса источника питания. Однако их плоский разъёмный корпус из белого полистирола (в виде флешки) имеет два разъёма: USB-вилку и двухконтактную розетку стандартного разъёма JST PH. Поэтому каждый тег с внешним питанием может быть запитан либо от сетевого зарядного устройства с USB-гнездом, либо от внешнего перезаряжаемого аккумулятора или батарейного отсека, укомплектованного любыми элементами питания, выводы которого оформлены вилкой разъёма JST PH. В любом случае такой внешний источник питания должен иметь напряжение в диапазоне от 3,0 В до 5,5 В.

Кроме того, такие теги используют для хранения результатов, накопленных в моменты потери связи с менеджером, флеш-память вместо статической оперативной памяти сенсорных тегов второго поколения. Поэтому собранные ими результаты не будут потеряны, даже когда отсутствует питание тега. Кроме того, поскольку конфигурация тега также хранится в энергонезависимой флеш-памяти, то тег в любом случае возобновит нормальную работу с ранее заданными установками сразу же после восстановления питания.

Теги третьего поколения дешевле, но имеют больший вес и габариты. Также у них нет датчика движения/положения и пьезозуммера, но они укомплектованы двухцветным светодиодом, что облегчает распознавание текущего состояния тега.

Тип тега	External Power Sensor	External Power ALS
Диапазон измеряемых температур	от -40°C до +85°C
Погрешность при измерении температуры*	±0,4°С (см. диаграмму)
Минимальная градация при измерении температуры (чувствительность)	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)	ZGW15

* - здесь приведены характеристики базовой версии тегов с внешним питанием, однако, также доступны прецизионные версии тегов с внешним питанием, которые отличаются лучшими метрологическими характеристиками.

Тег‑индикатор залива Quad Water Leak Sensor, входящий в состав первого семейства тегов Wireless Sensor Tags, предназначенных для эксплуатации внутри помещений, относятся к тегам третьего поколения. Он исполняет функции, индикатора наличия/отсутствия воды и термометра. Конструктивно тег‑индикатор также представляет собой миниатюрное автономное устройство, размещённое в плоском разъёмном корпусе футляре из белого полистирола.

Основой тега являются четыре независимых резистивных датчика наличия воды с позолоченными выводами и разными порогами обнаружения. Это позволяет программировать чувствительность при фиксации разных уровней затопления, а также обеспечивает надёжность срабатывания за счёт резервирования. Позолоченные детекторы устойчивы к коррозии, повышают надёжность обнаружения залива и продлевают срок службы устройства.

Устройство также оснащёно 10-разрядным каналом контроля температуры и съёмной батареей CR2450.

Корпус и плата тега-индикатора залива имеют водонепроницаемое покрытие, устойчивое к царапинам, воде и химикатам. Оно защищает как печатную плату тега, так и батарею его питания. Однако замена батареи приводит к потере защитного покрытия батареи, однако сам тег при этом всё-таки остается защищённым от воды и коррозии.

Кроме того, тег‑индикатор позволяет отслеживать уровень аналогового напряжения с диапазоном 0…3 В, поскольку один из 4 детекторов наличия воды можно запрограммировать для использования в качестве аналогового входа поддержки сторонних датчиков с аналоговым выходом.

Тип батареи питания	CR2450 (возможна замена пользователем)
Срок службы батареи питания	3 года (типичное значение)
Число детекторов обнаружения воды	4
Пороги обнаружения каждого из детекторов	1 МОм, 2 МОм, 10 Мом, 20 МОм
Диапазон измерения при использовании одного из детекторов для регистрации уровня входного напряжения	от 0 до +3,0 B
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 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 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 может одновременно обслуживать либо зонд, построенный на базе популярного датчика температуры DS18B20, либо зонд, построенный на базе популярного датчика температуры и относительной влажности SHT20. 5‑контактный клеммник для подключения используемого зонда расположен на плате тега. Объём внутренней памяти тега позволяет сохранять либо 16384 отсчёта температуры, либо 8192 отсчетов температуры и 8192 отсчетов влажности.

К тегу Outdoor Probe Thermocouple можно одновременно подключить как зонд, построенный на базе популярного датчика температуры DS18B20 или зонд, построенный на базе популярного датчика температуры и относительной влажности SHT20, так и зонд на базе распространённой термопары 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 тега 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 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 типа 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.

Теги Outdoor Probe снабжены узлом памяти результатов, что позволяет, в случае выхода тега за пределы зоны устойчивого радиообмена с менеджером, накапливать в этой памяти фиксируемые тегами результаты. После того, как тег Outdoor Probe 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 температур зонда и корпуса тега, а также влажности. Регистрация температуры и влажности тегами Outdoor Probe, будет продолжаться при отключении питания менеджера или при обрыве Интернет-соединения с ним.

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 зондом с датчиком DS18B20	от ‑50°C до +125°C
Диапазон при измерении температуры зондом с датчиком SHT20	от ‑40°C до +125°C
Диапазон при измерении влажности зондом с датчиком SHT20	от ‑0%RH до 100°%RH
Диапазон при измерении температуры зондом с термопарой k‑Type	от ‑270°C до +1372°C
Диапазон при измерении влажности древесины зондом с кондуктометрическим датчиком ( %)	от 65,5 %  WME до 70 % WME
Погрешность измерения температуры, минимальная градация измерения температуры (чувствительность) для зонда с датчиком DS18B20	±0,5°C, 0,0625°C
Погрешность измерения температуры, минимальная градация измерения температуры (чувствительность) для зонда с датчиком SHT20	±0,3°C, 0,01°C
Погрешность измерения влажности, минимальная градация измерения влажности (чувствительность) для зонда с датчиком SHT20	±3%RH, 0,04°%RH
Погрешность измерения температуры, минимальная градация измерения температуры (чувствительность) для 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)