要使物联网成为现实,每个连接点 - 无论是直接硬连线还是无线 - 都需要多个物理连接器和路由器,用于传感器,电源,信号I/O等,以及互联网连接。
每个人都在谈论物联网(IoT),并且有充分的理由。物联网将无数的温度,压力,流量,开/关状态传感器连接到互联网和云端,同时还允许通过智能控制器或浏览器控制执行器以设置热量,速度和运动。
这些传感器和执行器将用于家庭,办公室,商店和工厂,专为相对简单的任务而设计,例如家用HVAC和远程安全监控,以及时间关键型应用,例如工厂更新 - 地板机械状态和流程。物理点,地点和机器将相互通信以促进反馈和控制操作,以及可以监视和决定采取行动的人。
这个市场有多大?市场研究公司IHS预计,互联网设备的安装基数将从2013年的121亿台设备增长到2025年的498亿台设备。来自物联网市场的一个部分 - 半导体传感器 - 的收入预计将从8.9美元增长到2017年将达到106亿美元.Gartner Group的预测也是巨大的,到2020年将有260亿个连接的物联网设备。
无处不在的任何地方的物联网连接都可以实现,部分原因是:通过云服务的可用性,云服务提供具有几乎无限数量的开/关斜坡以及相关的凹坑停止(存储区域)的数据滚道。根据Pete Smith,应用工程师TE Connectivity Sensor Solutions的说法,“还需要什么。但不是那么明显或公开,是大量的物理硬件 - 以传感器,执行器,各种连接器,I/O的形式端口,有线和无线链接,Internet网关连接等。除了互联网骨干网,网关,服务器和路由器的关键要素之外,还有其他内容。“
物联网应用的结构
当人们谈论物联网连接时,他们经常会开始使用如图1所示的基本图表。虽然正确,但它极大地简化了实际的互连情况。然而,通过查看智能家用恒温器等简单设备,实际复杂性变得非常清晰,如图2所示。
图1 :简单的物联网图。
图2:智能家居温控器部件。
老式恒温器(还有数百万仍在使用中)不需要任何电力;它只需在温度低于所需程度时关闭其触点即可打开加热系统,并在温度升至高于它们时通过打开触点来关闭系统。
相反,情况很多更智能的恒温器更复杂(图3)。除了控制功能外,它还包括一个连接房主无线网络的Wi-Fi链接,用于连接众多传感器(热量,运动,甚至灯光等),因此可以根据更多信息做出关于系统开/关操作的智能决策。而不仅仅是环境温度。使所有这些连接实用的是用于其他感应/控制点的微型内部连接器,用户LCD显示器,内部电路板,USB端口等。
“曾经几乎无足轻重的温度传感开/关开关,无需操作电源,现在是一个智能设备,包含大约12个集成电路,传感器,照明显示器,Wi-Fi无线电和按钮,“史密斯说。对于这种相对简单的温度控制设备,完整的物料清单(BOM)帐户将显示许多用于信号,电源和天线的传感器和连接器 - 这种情况在物联网安装中反复出现。
图3:连接到无线网络的智能恒温器。
考虑智能恒温器对内部互连和外部I/O连接的要求。空间是非常宝贵的,因为这个恒温器必须将许多新的功能,特征和用户界面结合到一个大小与旧的基本单元大小相当的外壳中。这就是为什么TE的柔性印刷电路(FPC)连接器等元件非常匹配(图4)。这些薄型,节省空间的连接器用于PC板或PC板与板载组件(如LCD显示器)之间,支持电源和信号链路,并与标准SMT(表面贴装技术)拾取和兼容放置组装机器,以降低生产成本。
图4:TE的柔性印刷电路(FPC)连接器。
不是全部设计有一个灵活的PC板。对于那些采用半刚性板而非柔性板的产品,TE的一体式压缩板对板连接器提供低成本,高可靠性的互连解决方案,可在高度,间距和点数上进行扩展,以精确匹配应用程序需要没有不必要的接触点的大小和成本负担(图5)。
图5:TE的一体式压缩板对板连接器。
对于需要有线,外部I/O连接以及无线Wi-Fi链接(通常首选工厂设置和测试以及用户现场配置)的恒温器和类似产品,Micro-USB连接器是一个不错的选择(图6)。这些连接器可用于PC板安装以及匹配的电缆组件,并支持完整的USB 2.0规范,以实现数据速率和功率处理。它们体积小,外形小巧,非常适合这些消费类应用的严格PC板空间和高度限制。
图6:Micro -USB连接器。
此外,最先进的温度和湿度传感器采用非常小的表面贴装封装,有些小至2.5 mm x 2.5 mm x 0.8 mm。这些帮助设计人员将更多功能融入到用于现代物联网产品的紧凑电路设计中。
物联网也意味着移动
主要物联网产品开发的另一个领域是可穿戴设备的活动监控器和跟踪器,便携式健康和健身应用(图7),以及专业的高度计,指南针手表,自行车电脑和潜水表。与恒温器不同,这些设备只具有无线连接功能,但它们必须检测,跟踪和报告多个关键物理参数,例如体温和爬升距离(高度/压力),这些参数要小得多。
图7:典型的健身手表。
为了满足这些装置的要求,新一代高分辨率高度计传感器,如MS5806-来自TE Connectivity的02BA与SPI和I 2 C总线接口是很好的匹配(图8)。这种可密封的传感器不需要外部支撑组件,并且在300到1100 mbar的正常操作范围和-40的温度范围内感应和转换对应于高度的环境压力,具有24位分辨率(相当于20 cm的高度变化)。至+ 85°C。其设计具有极低的滞后性和压力和温度信号的高稳定性,这些应用至关重要,封装尺寸仅为6.4 mm×4.0 mm x 2.75 mm。
图8:TE MS5806-02BA高分辨率高度计传感器。
这些设备的无线链路标准通常基于标准,如Wi-Fi,ZigBee或蓝牙低功耗(也称为蓝牙智能),在免许可证的2.4 GHz频段运行,尽管频率如902到还使用928MHz甚至5.4GHz频带。无论选择何种标准和频段,发射/接收天线都是射频信号链的关键部分。为了提供这种功能,诸如1513164-1模压冲压单元之类的天线是可行的选择(图9)。
图9:TE 1513164-1模压冲压802.11a/b双频天线。
这个16 mm直径的表面安装的圆盘式天线,高6毫米,非常适合许多款式的可穿戴产品的非常有限的封装和PC板空间。随着4 dB的增益,它支持2.4到2.483.5 MHz的操作(支持蓝牙,Zigbee和Wi-Fi)以及日益流行的5.150到5.875 MHz频段。
另一个重要因素在可穿戴和便携式应用中感测的是温度,这是最常测量的物理参数。为了实现这些应用,TE开发了TSYS02数字温度传感器等组件。这个微小的2.5 mm x 2.5 mm x 0.8 mm)集成电路以16位分辨率检测并将温度转换为数字值,提供所需的校准系数,并通过I 2 C接口报告数字化值和校准系数。基本精度为±0.2°C,-5°C至+ 50°C,在一转换/秒速率下电流消耗低于12.5μA,待机时电流消耗低于0.14μA,非常适合极高功率 - 受限制的情况。
广泛的传感器和连接器供应商不仅仅列出其目录中的众多部件,还为设计人员提供样品。相反,它还提供了关键的洞察力和应用专业知识,以帮助设计师在众多不可避免的权衡中做出合适的选择,然后按时和按时交付承诺的部分。
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