انخفاض استهلاك الطاقة باستخدام التسارع MEMS (التسارع) لزيادة عمر البطارية من أجهزة الاستشعار. الاستشعار تصبح أكثر قوة، وظائف مختلفة من نظام مضمن يساعد أيضا في الحد من استهلاك الطاقة بشكل عام. على سبيل المثال، عندما لم يكن للمستخدم استخدام عندما يكون الجهاز في وضع الحركة ، فإن وظيفة التنبيه باستشعار الحركة تحافظ على النظام بأكمله نائماً ، ومع ذلك ، هناك العديد من الاحتمالات الأخرى ، استخدم مقاييس السرعة MEMS لتقليل استهلاك الطاقة الكلي.
MEMS التسارع الاستشعار نفسها منذ البداية، طريقة عملها ينبغي أن تظهر مرونة في الشكل 1، ونحن نعلم أن القرار من أجهزة الاستشعار ومعدل إخراج البيانات، يجب أن يكون بين من جهة أخرى فيما يتعلق الاستهلاك الحالي، على حد سواء والقرار أو البيانات ارتفاع معدل الاستهلاك الحالي أكبر، والعكس بالعكس لحسن الحظ، فإن بعض أجهزة الاستشعار في السوق يمكن تشغيلها فقط في عدد قليل من بيئة microamperes، ولكن أيضا في خارج السلطة أو وضع الاستعداد - حل وسط. تستهلك فقط عدد قليل من nanoamps من الكهرباء.
لعدد من التطبيقات التي تتطلب، وضع التشغيل من أجهزة الاستشعار يمكن استبدالها بسرعة، إلا عند الضرورة حقا، وتحسين معدلات الدقة ونقل البيانات، وبعض أجهزة الاستشعار يمكن أن يكون حتى نموذج تحويل تلقائيا. ويمكن للعملاء تكوين أنشطتها المطلوبة بموجب دولة قرار ومعدل نقل البيانات، وتخصيص حالة انطلاقها. في هذه الحالة استشعار سوف يدخلون في حالة هادئة، ولكن سوف تستمر بيانات القياس، وبمعدل بيانات منخفض جدا وحلها، ويحدث وضع شروط أخرى ( أحداث العمل) العودة إلى بدء التشغيل.
هناك مبدأ تصميم جيد آخر وهو استخدام مستويات طاقة منخفضة لأن مستويات الطاقة المنخفضة تعني أيضًا انخفاض استهلاك التيار ، وهذا هو السبب في أن الطاقة 1.8V مفضلة لتطبيقات الطاقة المنخفضة.
في بعض التصاميم ، يمكن استخدام دورة الطاقة لجهاز الاستشعار ، حيث يتم تنشيط مصدر الطاقة في المستشعر عند الحاجة لقياسه ، وإلا يتم إيقاف تشغيل المستشعر ، يمكننا توفير قوة المستشعر من خلال مسامير وحدة التحكم الدقيقة. التنفيذ كما هو موضح في الشكل 2. عند تطبيق هذه التقنية ، من الضروري حساب ميزانية الطاقة بشكل صحيح ، لأنه يجب تهيئة كل وحدة بدء تشغيل المستشعر والانتظار حتى يتم تحديد المخرجات وتوفير البيانات الصحيحة.
معظم مقاييس السرعة MEMS عبارة عن أجهزة استشعار رقمية ، مما يعني أنها تستطيع تحويل الإشارة التناظرية المقاسة إلى بيانات رقمية ، وبسبب محول الإشارة المدمجة المتكامل ، مقترنًا بانخفاض الحساسية لتشوه الإشارة ، يتم تقليل عناصر المواد ، لكن هذه ليست الميزة الوحيدة ، إذ يمكن لمُسارع التسارع MEMS المولد المُدمج أن يولد إشارة تحريك عندما يتم استيفاء شروط المعلمات التي يحددها المستخدم ، وهذه هي طريقة استخدام وظيفة التنبيه باستشعار الحركة. قم بتوليد مشغل للاستيقاظ وأدخل وضع السكون باستهلاك طاقة منخفض للغاية ، فعندما يتم الكشف عن إجراء ، يقوم المستشعر بتوليد إشارة المقاطعة.عندما تستقبل MCU الإشارة ، فإنها ستتحول إلى وضع تشغيل مناسب ، ثم تحدث المعالجة. الوضع.
كما يمكن لأجهزة الاستشعار الرقمية أن تتولى المهام المتعلقة بمعالجة الحركة التي تقوم بها المتحكمات الدقيقة ، وبالطبع ، يمكن لوحدات MCU أداء المهام نفسها ، ولكن كفاءة الطاقة أقل بكثير - حيث أن استهلاك الطاقة من وحدة MCU هو ميل واحد ، والمستشعر هو microamperes. يتم الكشف عن السقوط الحر والنقطة الواحدة والنقر المزدوج (إجراءات المستخدم مثل نقرات الماوس) والكشف عن الاتجاه الرأسي / الأفقي ، وما إلى ذلك ، من خلال المنطق الداخلي لجهاز الاستشعار ، ولا تحتاج MCU إلى إجراء أي حساب ، فقط انتظر مشغل المقاطعة ، وفقط عندما يحدث رد فعل على الإجراءات.
وأجهزة الاستشعار الرقمية في كثير من الأحيان دمج فلتر شكلي، وتستخدم هذه المرشحات لقياس البيانات تسارع قد يتم استخدام تمرير منخفض (المنخفضة تمرير)، وتمريرة عالية (تمريرة عالية) حتى جعل مرشح التعرج عن المعالجة MCU البيانات ، وزيادة تحويل التفريغ.
تضمين بيانات الاستشعار العازلة FIFO اكتب في الغالب (FIFO)، وMCU لأنه يسمح للحد من تكرار قراءة البيانات، وبالتالي تقليل الاستهلاك الحالي للتيار حتى متحكم يمكن تنفيذ مهام أخرى، لفترة طويلة وقت النوم، في نفس الوقت كما يوفر الوقت اللازم للتواصل مع المنفذ التسلسلي لجهاز الاستشعار.
الاتصال التسلسلي بين أجهزة الاستشعار ومتحكم سوف تزيد من استهلاك الطاقة الكلي لطلبات السلطة منخفضة للغاية، كل من أوقات المعالجة من microamp، ومن المرجح أن يكون لها تأثير كبير الاتصالات التسلسلية معظم MEMS التسارع هي فإنه يتصل من خلال واجهة الطرفية التسلسلية (SPI) واجهة واجهة I2C SPI هي أكثر كفاءة من حيث استهلاك الطاقة، وذلك لثلاثة أسباب: عدم وجود استهلاك إضافي الحالي يمكن أن يسبب الرصاص على خط اتصال واحد، والثاني هو دعم أعلى معدل البيانات ؛ ثالثًا ، يتم تخفيض مقدار الحمل التسلسلي للبروتوكول.
أما واجهة، ونحن يمكن أن تقلل بشكل كبير من الاتصالات المسلسل، هو السماح للتطبيق باستخدام بيانات المقاطعة جاهزة (البيانات جاهزة المقاطعة)، من دون الاقتراع استشعار (الاقتراع)، التي تستمر لطلب حالة توافر البيانات الجديدة. عندما يتم الانتهاء من قياس بيانات الاستشعار والتحويل، البيانات المقاطعات جاهزة ولدت تلقائيا، ومجموعات البيانات الجديدة قراءتها من قبل MCU. عندما يتم تنشيط هذه المقاطعة، وعلى الفور MCU عن طريق عملية قراءة واحدة، يقرأ بيانات الناتج من أجهزة الاستشعار.
كما ذكرنا سابقًا ، فإن معدل إخراج البيانات من قبل المستشعر منخفض ، مما يعني أن استهلاك الطاقة الحالي منخفض ، لذلك يمكن أن تكون آلية تحويل البيانات الفردية مطابقة مثالية بين المستشعر وبيانات التطبيق ، كما هو موضح في الشكل 3. باستخدام هذه الآلية ، إما إشارة تحريك خارجية على دبوس المستشعر أو سجل مكتوب من MCU باستخدام تعليمات متسلسلة ، ويتم تخزين البيانات التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة في المستشعر ، كما يمكن للمستشعر أيضًا بدء إعداد البيانات. تشير إشارة المقاطعة إلى MCU إلى أن عملية تحويل البيانات قد اكتملت ويمكن الآن قراءة البيانات بواسطة برنامج التطبيق ، ومن خلال هذه الوظيفة ، يمكن تحقيق معدلات بيانات أقل من 1 هرتز أو أي نطاق غير محدد مسبقًا.
يناقش هذا المقال وظائف مستشعر مقياس السرعة MEMS التي تعتبر مهمة لتطبيقات الطاقة المنخفضة وكيفية استخدامها في تصميم النظام. يستخدم أحدث جهاز قياس السرعة MEMS من نوع STMicroelectronics STMicroelectronics 3-axis مستشعرات التسارع كما يوفر تصميم التطبيق الجديد المرونة لأنه يستهلك ما يصل إلى 1Ua من وحدات التشغيل الحالية ، بالإضافة إلى وحدات تشغيل متعددة ، ونطاق عريض للغاية من معدلات بيانات الإخراج ، والمغني الثري ، والاستقرار بدرجة الحرارة العالية ، والعديد من التحسينات مثل الترشيح الرقمي نحن نعتقد أن العديد من التطبيقات منخفضة القدرة يمكن أن تتمتع بمزايا LIS2DW12 ، وهذا المستشعر سوف يوفر للمستخدمين مزايا خاصة في المجالات التالية: استشعار الحركة وواجهة المستخدم ، والمزايا الذكية الموفرة للطاقة ، مراقبة الحركة الكهربائية ذات الصلة ، وتسجيل تأثير التعرف على العقد الاستشعار اللاسلكية.