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轻松实现物联网传感器

物联网传感器25 10月 2021
一个城市景观,展现了高楼大厦和延绵不断的天际线,上面覆盖着发光的数字网络节点。图像传递出连接性与现代科技的感觉。色彩搭配采用柔和的蓝色、红色和白色渐变,营造出一种未来感氛围。
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如果您的物联网应用需要多种传感器、强大的物联网连接处理器以及快速实现工作原型的路径,那么 TE Connectivity (TE) 的传感器扩展板和 SD 600eval 是完美的解决方案。

介绍

传感器是物联网(IoT)的眼睛和耳朵。如果没有传感器,从何而来的信息能驱动对于物联网应用至关重要的大数据分析?环境传感器帮助推动智能建筑中的能源高效供暖和制冷,而在大型农业应用中,传感器检测湿度和土壤状况,以实现高效的作物护理、害虫检测、收获甚至运输。将传感器数据转化为推动新业务和商业模式的知识的机会正不断增加,因此能够最早将您的新创意推向市场,可能是新物联网产品成功的最重要因素。

加速产品上市时间的最佳方法之一是使用已存在的开发硬件,包括运行中的代码以及支持高级操作系统和应用的设备。对于物联网 (IoT) 应用而言,这通常意味着获取一块预装了 Android、Linux 或 Windows IoT Core 的标准处理器板。配备广泛传感器功能(环境传感器和定位传感器)的传感器扩展板,并与主处理器板兼容,可以提供一个完整的系统,供您开发应用程序。使用 Arrow SD 600eval 处理器板和 TE Connectivity (TE) 传感器扩展板,将能快速提供开发您的物联网解决方案的理想方案。

使用传感器开发板加速您的设计

启动设计的最快方法之一是使用一块集成了您设计所需传感器的开发板。这使您能够在目标硬件的最终外形确定之前,尽早开始软件开发。随着开发套件标准化外形的兴起,比如广受欢迎的96board标准,寻找具有复杂物联网应用所需处理能力、板载内存和外设组合的主板(如Arrow SD 600eval)变得更加容易。TE的Sensor Shield开发板(如下图1所示)采用了与96board标准兼容的标准外形,并集成了三款常用的传感器设备。

A green circuit board labeled as TESS Sensor Shield featuring TE sensors. The image highlights three components: MS8607 Pressure, Temperature, and Humidity Sensor; TSYS01 Temperature Sensor; and KMA36 Position Sensor. Numeric identifiers '01', '02', and '03' are visibly marked alongside the components.

图1:TE的传感器屏蔽开发板

TE 的传感器扩展板上可用的传感器包括MS8607 压力、温度和湿度传感器、TSYS01 温度传感器和 KMA36 旋转及线性位置传感器。这些传感器使用标准的串行接口,便于连接到微控制器,并具备适合物联网应用的高级功能。

紧凑型 MS8607 组合传感器

在许多物联网应用中,小尺寸和低功耗是关键需求。将压力、湿度和温度集成于小型封装中的组合传感器,非常适合尺寸和功耗受限的应用。TE 的 MS8607 不仅体积小巧,采用超小型 5 x 3 x 1 mm 的 QFN 封装(如下面的图 2 所示),还提供了宽范围的工作条件:10 到 2000 mbar 的气压,0% RH 到 100% RH 的湿度,以及 -40 至 85 摄氏度的温度。TE 的 MS8607 为常见物联网应用提供了卓越的分辨率,包括 0.016 mbar、0.04% RH 和 0.01 摄氏度。其电源电压范围宽,从 1.5V 到 3.6V,可支持低功耗操作。此外,I2C 串行接口使 MS8607 易于连接到标准微控制器。

Close-up of a compact electronic sensor module featuring metallic and green components. Visible text includes 'MEAS' and numeric codes '850702EA01' and '675816Z'. The module showcases intricate design with solder points and connectors, suitable for precision applications.

图2:紧凑型TE的MS8607组合传感器,封装于5 x 3 x 1 mm的QFN封装中

高分辨率的压力特性结合高压力、湿度和温度 (PHT) 线性,使得MS8607成为环境监测的理想选择,比如用于智能手机、平板电脑和个人电脑的高度计,以及用于PHT应用的场景,如暖通空调 (HVAC)、气象站、精密3D打印机、家用电器和加湿器。MS8607采用久经验证的MEMS技术制造,已有十多年的广泛使用历史。

高精度 KMA36 旋转和线性位置 IC

位置传感在工业物联网(IoT)应用中可能是一个关键要素,这些应用中机械元件(如电机、阀门或机器人手臂)的位置能够控制复杂的流程。  通常在这些应用中,无接触操作、高精度、耐磨损性能以及对环境变化的耐受性也是关键需求。TE的KMA36是一款高度可靠、高精度的通用磁位置传感器IC。它通过13位分辨率提供高达0.04度的精准旋转或线性测量。如下面图2所示,它将磁阻元件与模数转换器及信号处理功能相结合,并完全集成在一个标准且小型的TSSOP封装中。 

A technical diagram illustrating the components of a magnetic field sensor system. The image includes labeled sections such as sensor, amplification, evaluation, and communication modules. Key visuals highlight elements like ADC 10-bit, PWM, I2C, and position parameter. The diagram emphasizes the flow of data and error handling processes.

图 3:TE 的 KMA36 精密 KMA36 旋转和线性位置 IC 方框图

在对精度要求较高的应用中,TE 的 KMA36 所采用的各向异性磁阻 (AMR) 技术能够在无需机械接触的情况下,精确测量外部磁体的磁角,覆盖完整的 360° 范围,同时还能确定磁极条上极长为 5 毫米的增量位置。其睡眠和低功耗模式,以及通过 I2C 的自动唤醒功能,使得 KMA36 成为基于电池应用的绝佳选择。位置数据可以通过 PWM 或数字 I2C 通信总线传输,适用于独立运作或基于微控制器的应用。可编程参数为用户提供了广泛的配置选项,从而简化进一步的数据处理。由于机械公差、温度变化或热应力导致的磁偏移对其几乎没有影响,KMA36 实现了免维护的运行和高带宽性能,即使在苛刻的工业环境中也能够确保稳健的实施。

TSYS01高分辨率温度传感器

在许多工业物联网处理应用中,精确的温度测量至关重要。某些工业过程中的温度仅有细微差异,就可能决定成功结果与失败之间的区别。在某些工业过程中,操作人员的安全依赖于这些精确的测量,这使得精度和稳定性显得尤为重要。TE 的 TSYS01 是一款单芯片、高分辨率的温度传感器。它包含一个温度感测芯片和一个 24 位 Delta Sigma 模数转换器。数字化 24 位温度值与内部工厂设置的精度校准值相结合,能够实现高精度温度读数和高分辨率测量。TSYS01 可通过 I2C 或 SPI 接口与任何微控制器连接。微控制器通常被用于根据 ADC 值和校准参数计算温度结果。

使用 SD 600eval 开发板连接到云端

一旦传感器采集到数据,您可能需要进一步处理这些数据,将结果与阈值目标进行比较,并将数据传输到云存储中以进行“大数据”分析处理。例如,从工业工厂中所有电机获得的传感器数据可以用来预测机械磨损,并主动防止生产线停工事件的发生。如果所有客户工厂中使用的所有电机的数据都可以提供给电机制造商,制造商可以将这些数据整合起来进行更详细的分析。电机制造商甚至可以将分析结果作为一项服务出售给工厂所有者,以帮助指导维护和维修活动。传感器数据分析的应用为那些以前仅仅销售产品而不销售知识的公司开辟了全新的商业模式和收入来源。

为了将 TE 的传感器板收集的数据连接到云端,需要一块处理器基板。为了快速原型设计并验证设计,采用相同 96board 连接形式因子的基板是理想选择。下图 Figure 4 所示的 Arrow SD 600eval 板使用了非常紧凑的 96board 标准,但同时也提供了强大的处理能力、丰富的互联选项(包括 Wi-Fi)以及显著的板载内存,这些条件满足了构建一个具有云连接功能的强大传感器处理平台所需的一切。

A Qualcomm Snapdragon development board featuring various electronic components and connectors. The board includes visible branding from Micron and Arrow, along with text such as 'Five Years Out' and 'Designed by eInfochips.' Key features include USB ports, Ethernet connectors, and expansion slots. Numeric details like '15V-18V' and 'AL010' are clearly visible on the board.

图4:SD 600eval 支持 Android 和 Linux,采用小型外形设计——大小与一副扑克牌相当

SD 600eval 的处理能力基于广受欢迎的 Snapdragon 处理器,该处理器被广泛应用于多种手机和连接型应用程序。Snapdragon 四核处理器的应用使得 SD 600eval 可以运行 Android 和 Linux,从而支持尽可能广泛的连接性。这款设备配备了 2GB 的 LPDRAM 和 16GB 的 eMMC 存储,从而能够高效运行这些操作系统。尽管体积小巧,其连接性能却令人印象深刻,支持双频段 2.4 GHz 和 5 Hz 的 WLAN 802.11a/b/g/n/ac、Bluetooth 4.x + BR/EDR + BLE,以及可采用外接或内置天线的 GPS。此外,还支持千兆以太网和 SATA 连接。

多媒体功能同样令人印象深刻,配备了4通道MIPI相机串行接口(CSI)、2通道MIPI CSI以及1080p高清视频播放功能。音频处理支持PCM/AAC+/MP3/WMA,并具有ECNS和Audio+后处理功能。提供两个USB 2.0 Type A连接器(仅主机模式)和通过Micro AB的一个OTG USB 2.0接口,增加了更多连接选项。此外,设备还支持一个60针高速连接器和一个40针低速连接器,使其具有良好的可扩展性。

硬件功能令人印象深刻,但可用的软件使应用程序能够直接访问所有这些硬件功能变得非常简单。在使用 Android 或 Linux 以及可用的驱动程序、框架和应用程序接口(API)时,开发变得轻而易举。详尽的用户指南、板级支持包(源代码和二进制文件)、引导加载程序和安装程序为您的开发提供了极大的先发优势。

结论

如果您的物联网应用程序需要各种传感器和一个强大的物联网连接处理器,以及快速实现可用原型的途径,那么 TE 的传感器扩展板和 SD 600eval 是完美的解决方案。从下方参考部分提供的链接中,通过 Arrow 订购 SD 600eval 和所需的 TE 传感器。不要拖延,立即行动吧!

TE Connectivity 和 TE 是商标。

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