Integracja łączności bezprzewodowej z licznikami inteligentnymi
Łączność bezprzewodowa jest niezbędna w inteligentnych licznikach energii elektrycznej, wody, gazu i komunalnych sieciach ciepłowniczych, jednak projektowanie bezprzewodowego nadajniko-odbiornika od podstaw jest skomplikowane i czasochłonne.
Ilustracja 2: Radiowy układ scalony (RF IC) zamknięty w obudowie QFN24 o wymiarach 4 x 4mm jest przeznaczony do pracy w temperaturach do +105°C. (Źródło ilustracji: STMicroelectronics)
Ilustracja 3: Zastosowanie płytki rozszerzeń X-NUCLEO-S2868A2 może przyspieszyć prace rozwojowe nad projektami wykorzystującymi pasmo przemysłowe, naukowe i medyczne (ISM) 868MHz. (Źródło ilustracji: Digi-Key)
Ilustracja 4: Moduł MAMWLE-00 daje projektantom możliwość wyboru trybu oszczędzania energii i różnych standardów modulacji radiowej (RF). (Źródło ilustracji: Digi-Key)
Ilustracja 5: Protokół bezprzewodowy M-Bus można zaimplementować za pomocą radiowego modułu nadawczo-odbiorczego RC1180-MBUS firmy Radiocrafts (źródło obrazu: Digi-Key)
Korzyści wynikające z zastosowania modułu radiowego (RF)
Moduł radiowy jest kompletnym podsystemem komunikacji. Może zawierać radiowy układ scalony (RF IC), oscylator, filtry, wzmacniacz mocy i różne elementy pasywne. Zastosowanie modułu nie wymaga specjalistycznej wiedzy z zakresu technologii radiowych (RF)j, dzięki czemu projektanci mogą skupić się na innych aspektach konstrukcji licznika inteligentnego. Typowy moduł radiowy jest kalibrowany i certyfikowany zgodnie z wymaganymi normami. Ponadto zawiera obwody dostosowane do sieci, ułatwiające integrację anteny i minimalizujące straty sygnału. W rozwiązaniach modułowych antena może być montowana wewnątrz lub na zewnątrz urządzenia.
Integracja modułów w projekcie jest prosta. Prostota integracji konstrukcji obejmuje przepływy procesu produkcyjnego, ponieważ nie zachodzi konieczność obsługi złożonych radiowych urządzeń dyskretnych, a wyłącznie standardowego modułu opartego na płytce drukowanej (PCB). Producent modułu już poradził sobie ze wszystkimi niuansami integracji systemów radiowych (RF). Zastosowanie modułu zmniejsza ryzyko związane z dyskretnymi konstrukcjami radiowymi dotyczące np. certyfikacji, osiągnięcia wymaganej sprawności i ogólnego poziomu wydajności oraz skrócenia czasu wprowadzenia produktu na rynek.
Zalety implementacji dyskretnych układów scalonych
Chociaż budowa dyskretnych układów scalonych jest bardziej złożona, mogą one oferować istotne korzyści w zakresie kosztów oraz wielkości i kształtu rozwiązania. Cena modułu jest zwykle wyższa niż cena rozwiązania opartego na układzie scalonym. W przypadku zastosowania wielu podsystemów radiowych dodatkowy koszt projektowania rozwiązania opartego na układzie scalonym rekompensują niższe koszty produkcji. Możliwe jest również wykorzystanie wspólnego podsystemu radiowego w wielu platformach bezprzewodowych liczników inteligentnych, co zwiększa ogólną wielkość produkcji i jeszcze bardziej redukuje koszty długoterminowe.
Konstrukcja oparta na dyskretnym układzie scalonym jest prawie zawsze mniejsza niż rozwiązanie modułowe. Może to być istotne w przypadku zastosowań w ograniczonej przestrzeni. Oprócz zajmowania mniejszej powierzchni, budowa dyskretnego układu scalonego może być łatwiej kształtowana w celu zmieszczenia w dostępnej przestrzeni.
Układ scalony nadajniko-odbiornika radiowego dla pasma Sub GHz
Projektanci szukający rozwiązań opartych na dyskretnych układach scalonych w paśmie SubGHz mogą wybrać wydajny układ scalony nadajniko-odbiornika radiowego S2-LP o ultraniskiej mocy, pracujący w zakresie temperatur roboczych od -40°C do +105°C umieszczony w obudowie QFN24 o wymiarach 4 x 4mm (ilustracja 2). Podstawowa konstrukcja pracuje w przemysłowych, naukowych i medycznych (ISM) pasmach nielicencjonowanych oraz w pasmach urządzeń bliskiego zasięgu (SRD) o częstotliwości 433, 512, 868 i 920MHz. Opcjonalnie układ S2-LP może zostać zaprogramowany do pracy w innych pasmach częstotliwości takich jak 413-479, 452-527, 826-958 oraz 904-1055MHz. Można również zastosować różne schematy modulacji, w tym 2(G)FSK, 4(G)FSK, OOK oraz ASK. Układ S2-LP charakteryzuje się budżetem łącza radiowego >140dB dla dużych zasięgów komunikacji oraz spełnia wymagania prawne obowiązujące w Stanach Zjednoczonych, Europie, Japonii i Chinach.
Aby uprościć proces integracji z użyciem układu S2-LP, projektanci mogą wykorzystać ultra-miniaturowy symetryzator BALF-SPI2-01D3 o nominalnym wejściu 50Ω sprzężony z układem S2-LP w zakresie częstotliwości 860-930MHz. Integruje on odpowiedni układ oraz filtr harmonicznych, a także wykorzystuje technologię zintegrowanego urządzenia pasywnego (IPD) na nieprzewodzącym podłożu szklanym w celu zapewnienia optymalnych radiowych parametrów działania.
Konstrukcje wykorzystujące układ S2-LP i działające w paśmie ISM 868MHz mogą być opracowywane przy użyciu płytki rozszerzeń X-NUCLEO-S2868A2 (ilustracja 3). Płytka X-NUCLEO-S2868A2 łączy się z mikrokontrolerem STM32 Nucleo za pomocą połączeń szeregowego interfejsu urządzeń peryferyjnych (SPI) oraz wtyków wejścia-wyjścia ogólnego przeznaczenia (GPIO). Dodanie lub usunięcie rezystorów z płytki może zmienić niektóre wejścia-wyjścia GPIO. Ponadto płytka jest kompatybilna ze złączami ST morpho oraz Arduino UNO R3.