ولا يزال التردد في تحديد خطوط المفاتيح أحد أكثر مخططات التحويل الرقمي عملية للاتصالات اللاسلكية المنخفضة الطاقة في مجال الهندسة البيئية، إذ يمثل البيانات الثنائية كتغيير في الترددات المتميزة لموجة الناقلة، يحقق المصرف أداء قويا في ظروف ميدانية غير قابلة للتنبؤ، مع إبقاء الطلب على الطاقة على أدنى حد، مما يجعله أساسا مثاليا لنظم الاستشعار عن بعد التي يجب أن تعمل لسنوات على تطبيقات محصول واحد.

مبادئ تعديل نظام المعلومات المالية

وتنقل مؤسسة FSK المعلومات الرقمية عن طريق تبديل التردد الفوري لإشارة الناقل بين قيمتين أو أكثر محددة سلفا، وفي أبسط شكل ثنائي (BFSK)، تمثل تواترا واحدا منطقا صفرا (يسمى في كثير من الأحيان التردد الفضائي) وتمثل تواترا واحدا (التردد القياسي) ويكشف المتلقي الترددات الموجودة خلال فترة رمزية معينة لاسترداد البيانات المرسلة.

المتغيرات الثنائية والمتفجرة

وفي حين أن البرمجيات الحرة المتعددة المصدر هي الأكثر شيوعاً في شبكات أجهزة الاستشعار ذات القوى المنخفضة، فإن هذه البرمجيات تستخدم أكثر من تواترين لنقل كميات متعددة من الرموز، مثلاً، حيث تبلغ 4 من أنواع الطاقة الكبريتية 2 من كل رمز باستخدام أربعة أطنان معتدلة، ويمكن أن تزيد معدلات البيانات بالنسبة لمعدل رمزي معين، ولكنها تتطلب قدراً أكبر من التواتر ونسبة أعلى من الكلفة إلى صفر من المقاييس.

مؤشر التعديل ومؤشر أورتوهونال

The modulation index h in FSK is defined as h[FLT strategic = chef[Fhert:]

أجهزة استشعار السلطة في الاستشعار عن بعد

وكثيرا ما يتم نشر أجهزة الاستشعار البيئية في مواقع نائية يكون فيها استبدال البطاريات غير عملي أو مستحيلا، وتشمل هياكل النموذج النموذجية نموذجية جهازا للتحكم في الميكروفون، وجهازا للاستشعار أو أكثر، ومرسلا لنموذج الإبلاغ عن الطاقة، ومصدرا للطاقة، وكثيرا ما يستهلك جهاز تحويل الترددات الآلية أكثر الطاقة خلال النقل النشط والاستقبال، ولذلك يجب أن يركز تصميم القوى المنخفضة على ثلاثة أعمدة: اختيار عناصر ذات كفاءة استخدام الطاقة، وتقليل دورات العمل النشطة.

ميزانية الطاقة ورسوم إصدار الكتب

وقد يمضي جهاز الاستشعار البيئي المصمم جيدا 99 في المائة من وقته في دولة عميقة التفاح، ويستيقظ لفترة وجيزة فقط لاتخاذ القياس، وبيانات العمليات، وينقل عبوة قصيرة، مثلا، يمكن أن يرسل جهاز استشعار لرطوبة التربة حمولة تبلغ 20 ميكروت كل 15 دقيقة، مع جهاز إرسال يبلغ 10 أمتار يعمل بخمسين مترا لكل جهاز من أجهزة التصاميم، فإن متوسط مساهمة الطاقة في القسم المعني بأجهزة الاستنشاق الضوئي يقل عن 60 كيلو مترا.

فرص تسخير الطاقة

وهناك مواقع بيئية كثيرة توفر مصادر طاقة مأمونة مثل الطاقة الشمسية أو الفرق الحرارية أو الاهتزاز، ويمكن أن تُستخدم في شبكة الطاقة ذات الطاقة المنخفضة الطاقة العاملة في نطاق الترددات الفرعية للطاقة الشمسية الصغيرة وجهاز خارق للطاقات، مما يزيل الحاجة إلى البطاريات الأولية، غير أن مخطط التعبئة يجب أن يسمح بتباينات في حجم العرض وتواتر الحرق الناجم عن تغير مستويات القدرة على تحمل الطاقة.

اعتبارات التصميم الخاصة بمنطقة دنيا

ويتطلب تصميم مُنظم ومُحلل في إطار نظام مراقبة الأصول المالية لعملية تشغيل شبكة فرعية من المواد الغذائية اهتماماً دقيقاً لهيكل الدوائر، واستقرار الترددات، وأدائها للأخطاء.

تصميم المشرف وقابلية التواتر

فدقة واستقرار ترددات الناقل تؤثران مباشرة على قدرة المتلقي على التمييز بين العلامات والأعراف الفضائية، وفي نظم منخفضة التكلفة وقوية، يمكن أن يكون الموصل البسيط أو منظف القاذورات كافيا إذا كان التسامح في الترددات في حدود بضعة في المائة، أما بالنسبة للتسامحات الأضيق، فإن التقلبات الكريستالية المحتوية على الترددات المكشوفة يمكن استخدامها، ولكن الناقل من طراز PLL.

التنفيذ

ويمكن أن يؤدي تعديل مباشر لمصفوف متحكم في البيانات الرقمية إلى الحد الأدنى من محرك نظام المعلومات المالية (CON) حيث يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى حدوث انجرافات بسبب تغيرات في درجات الحرارة أو العرض، ومن بين الوسائل الأكثر قوة استخدام جهاز الفرز (NCO) الذي يتحكم فيه رقميا (NCO) في عملية إعادة إرسال رقمية.

نهج إزالة الذخائر

ويستخدم جهاز استقبال الطاقة المنخفضة عادة عملية تخفيض غير متجانسة لا تتطلب تزامناً تدريجياً، ودائرة مشتركة هي المميزة الرباعية: تضاعف الإشارة الواردة من نظام FSK بواسطة نسخة مؤجلة من نفسه، تنتج تركيبة متطورة تناسب التردد الفوري، ويقارن هذا الكم الهائل بمستوى التواتر الذي يُستخدم فيه كل جهاز من أجهزة الكشف عن المواد الكيميائية.

Bandwidth, Data Rate, and Sensitivity

Thelimited bandwidth for FSK is approximately 2 sensitivity – ]f + 2]Rb, where R[ bandLT:7]

كشف الأخطاء والتصويب

وكثيراً ما تتعرض القنوات البيئية لضوضاء وتلاشي وتدخلات، فإضافة فحص بسيط للتكرار الدوري يسمح للمتلقي بتسريح الحزم الفاسدة، ولكن إعادة النقل تستهلك طاقة إضافية، كما أن رموز تصحيح الأخطاء الأمامية مثل الرموز العابرة للثورة أو الشفرة يمكن أن تقلل من معدل إعادة النقل بتكلفة أكبر من تعقيدات النقل وأطول من طول التعبئة.

التنفيذ مع العناصر الحديثة

ويمكن لمصممي اليوم أن يختاروا من مجموعة واسعة من الدوائر المتكاملة التي تجمع بين وحدة التنسيق المتعددة المؤشرات، ومرسل الترددات، والمجسات على رقاقة واحدة أو بصمة صغيرة، وتطبق الاعتبارات التالية عند بناء عقد استشعار عن بعد منخفض الطاقة في منطقة ناغورني كاراباخ.

المرسلون المتكاملون

ولا تغطي وحدات الإذاعة مثل C1101 (Sub‐1 GHz) وSX1262 النطاقات ISM (315/433/868/915 MHz) التي تحتوي على برمجيات FSK، OOK، وغيرها من التعديلات، وهي توفر حزمة احتياطية منخفضة (0.5 ميكروغرام)، وفترات إيقاظ سريعة (150 ميكروغرام)، وحساسية ممتازة من أجهزة الاستلام (تراوحت بين 0.130 كيلوبايتر)

Microcontroller Selection

وينبغي أن يكون لدى وحدة مكافحة التلوث المتعدد الكلور استهلاك فعلي في الوقت الراهن يقل عن 200 ميكروه/ميهرتز وأن تدعم أساليب نوم متعددة، فعلى سبيل المثال، يمكن أن تعمل سلسلة " ستام - 32 " أو EFM32 على أساس 30 ميكروغرام/MHz في حالة تشغيل، وتسحب أقل من ميكروات ألف في شكل توقف مع تشغيل ساعة في الوقت الحقيقي، وتعالج وحدة الرصد والمراقبة في شكل بيانات، وتسلسل الاتصالات اللاسلكية.

شبكة الهوائيات والمواقف

وفي التطبيقات البيئية، يمكن لضميمة العقيدة وموقعها المركب أن يزيل الهوائي باستخدام جهاز أحادي الموجات الربعية أو لوحة هوائيات ذات طابع مطبوع مائل، مع شبكة مطابقة للطاقة تشمل أجهزة مضاهاة متغيرة، ينبغي أن تخفض إلى أدنى حد الخسارة أثناء النشر.

التطبيقات في الهندسة البيئية

وقد تم نشر الاستشعار عن بعد باستخدام الطاقة المنخفضة الحجم في مجموعة متنوعة من سيناريوهات الرصد البيئي، وتفصل الأقسام الفرعية التالية حالات الاستخدام التمثيلي.

رصد حركة التربة

ويستخدم مستشعرات رطبة التربة التي لا تُستخدم في قياس محتوى المياه الكمي، أو في اختبارات التفريغ المرنة التي تُستخدم في قياس مدى المياه الضئيلة، وتُرسل رابطات ذات قدرة منخفضة من طراز FSK قراءات كل 15 إلى 60 دقيقة من أعماق تبلغ 10 سم إلى 100 سم. ونظراً لأن التربة هي وسيطة ضائعة، يجب أن تُدرج الهوائيات لحساب عمليات التحميل الدي.

رصد نوعية المياه

ويتطلب الاستشعار عن بعد للأنهار والبحيرات والمستودعات أجهزة استشعار للHH، والأكسجين المذوب، والاضطرابات، والسلوكية، وكثيرا ما تنشر هذه أجهزة الاستشعار على الطوافات أو الهياكل الثابتة، وتتواصل مع بوابة مركزية عبر FSK.K.

Air Pollution Detection

ولا يمكن توزيع مراقبات نوعية الهواء المنخفضة التكلفة للأجهزة الجسيمية (PM2.5 و PM10) والأوزون وثاني أكسيد النيتروجين في جميع المناطق الحضرية، كما أن وصلات الترددات في إطار النطاق الترددي 868 ميغاهيرتز لا تسمح بشبكات الاستشعار الكثيفة ذات الحد الأدنى من التدخل، وكل قدرة على تحديد الهوية هي منضدة للجسيمات البصرية لمدة 30 ثانية، ثم تنقل متوسط عدد الجسيمات عن طريق حزمة الواحدة من طراز FSK.

تعقب الحياة البرية ورصد الموئل

ويمكن تعقب الحيوانات التي تحمل طوق أو بطاقات مع أجهزة إرسال تابعة لمؤسسة FSK على مسافات كبيرة، حيث إن صغر نطاق الترددات في FSK (الصفوف الوسيطة لشبكة الترددات من 50 إلى 150 كيلو متراً) يتيح الكثير من العلامات لتعايشها في نفس النطاق الترددي عن طريق تخصيص كل زوج فريد من العلامات/الثدييات الفضائية.

خاتمة

ونظراً لأن تصميم نظام FSK للمسح من أجل الاستشعار عن بعد منخفض الطاقة في مجال الهندسة البيئية يتطلب نهجاً على مستوى النظم يوازن بين استقرار الترددات، ومعدل البيانات، ومناولة الأخطاء، وكفاءة الطاقة، وبزيادة استخدام أجهزة النقل المتكاملة الحديثة، وتصميم المشرفين المتأنقين، ودوام الأعداء، فإن المهندسين يمكنهم أن يخلقوا أجهزة استشعار ذات استقلالية لسنوات، مع توفير بيانات موثوقة.

For further reading on low-power FSK design, consult application notes from Texas Instruments’ CC1101 design guide and the ]Semtech SX1262 datasheet] for integrated transceiver specifications. A comprehensive overview of modulation tradeoffs is available in [459]