Frekans Değiştirici (FSK), enerji taleplerinin minimum düzeyde tutulmasıyla ilgili en pratik dijital modülasyon şemalarından biri olarak kalır.Bu makale, bir taşıyıcı dalgasının ayrı frekansı değişimi olarak, FSK, gürültülü alanda sağlam performans elde eder, uygulama stratejileri ve düşük güç çevresel uzaktan algılama sistemleri için ideal bir temel oluşturur.
FSK Modulation
FSK, iki veya daha önceden belirlenmiş değer arasında bir taşıyıcı sinyalinin anlık frekansına geçiş yaparak dijital bilgiyi aktarır. En basit ikili formda (BFSK), bir frekans 0 (en azından uzay frekansı olarak adlandırılır) ve başka bir mantık 1 (geçici) gösterir.
İkili ve M-ary Variants
İkili FSK düşük güç sensörü ağlarında en yaygın olsa da, M-ary FSK, birden fazla işaretle sembolün gönderilmesi için iki frekanstan daha fazla kullanıyor. Örneğin, 4-FSK, dört ayrı ton kullanarak sembolün iki kısmını oluşturuyor. M-ary FSK, belirli bir sembolün verilerini artırabilir, ancak daha fazla bant genişliği ve daha yüksek bir sinyal-noise oranını (SNR) aynı miktar hata oranını korumak için tercih eder.
Modulation Index and Orthogonality
FSK'da bulunan modülasyon indeksi:0)[Dönetici:0)[Dönetici:2)[Dörtücükler için)[Dörtücükler için)[Döneticileri) veya [Düzücükler için)))))) = {0|Döneticileri (Düzücükler)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))
Uzak Sensing'te Güç Kıtları
Çevresel sensörler genellikle batarya yedeklerinin pratik veya imkansız olduğu uzak yerlerde dağıtılır. Tipik node mimariler mikrokontroller (MCU), bir veya daha fazla sensör, RF transceiver ve bir güç kaynağı. RF transceiver genellikle aktif iletim ve resepsiyon sırasında en enerjiyi tüketmelidir. Low-power tasarımı bu nedenle üç temele odaklanmalıdır: enerji verimli bileşenler, aktif görev döngüleri seçme ve modülasyon ve protokol parametrelerini optimize etmek.
Enerji Bütçe ve Görev Bisikleti
İyi tasarlanmış bir çevresel sensör node, her 15 dakikada bir 20-bayt ödeme yükü iletilebilir, RF bölümün ortalama gücü, 60 μW. Hızlı bir şekilde uyanabilen, bir frekansa kilitleyebilir ve bir paket gönderir. 10 mW vericisi aktarma başına 50 mW vericisi aktiftir, RF bölümün ortalama gücü 60 μW.
Enerji Tasarrufu Fırsatları
Birçok çevre sitesi güneş, termal diferansiyeller veya vibrasyon gibi çevre enerji kaynakları sunar. Düşük enerjili FSK modemler, küçük bir güneş hücresi ve süper kapasiteli sistemler tarafından kullanılabilir, demiryolunun birincil bataryalar için ihtiyacı ortadan kaldırır. Ancak, modulation ve osilatör frekansının enerji seviyelerini değiştirerek neden olduğu düşük enerji verimliliğine neden olur. FSK modemleri amplitüdize etmek için iyi şarj edilebilir.
Low-Power FSK için tasarım göz önüne alınır
Bir FSK modülatörü ve alt-milliwatt operasyonu için bir FSK modülatörü tasarlamak, devre mimarisine, frekans stabilitesine ve hata performansına dikkat gerektirir.
Oscillator Design ve Frekans Stability
Taşıyıcı frekansının doğruluğu ve istikrarı doğrudan alıcının işaret ve uzay tonlarını ayırt etme yeteneğini etkileyebilir. Düşük maliyetli, düşük güç sistemlerinde, basit bir LC veya RC oscillator, MCU için frekansın toleransı yeterliyse ve daha sıkı bir şekilde şarj edilebilir bir döngüyü kullanarak RF taşıyıcıyı kullanabilir.
Modulation Uygulama
Dijital veri akışı ile bir gerilim kontrollü osilatör (VCO) için doğrudan modülasyon ölçeklenir ve VCO'nun ayarlı girişine uygulanır. Ancak, bu yaklaşım, frekansların sıcaklık veya tedarik değişiklikleri nedeniyle aşırı derecede sürüklenmesine neden olabilir. Dijital bir USB işlemcide sayısal olarak kontrol edilen bir USB sinyali veya entegre transce başarıyla yapılır.The NCO, tekrarlanabilir frekans geçişleri sağlar.
Demolama Yaklaşımları
Düşük güç alıcıları genellikle doğrulayıcı olmayan bir devre kullanıyor, bu gerilim daha sonra ikili verileri kurtarmak için bir eşiğine kıyasla değil.Bir FSK tonuna göre her bir ayarlı, zarf dedektörleri tarafından takip ediliyor.The print values of the matrixs.The prints are against the print to the parameter.The print to the distribution.The prints.The prints.The prints.The prints.The prints.The prints.The prints of the prints are against the solution.This voltaj is against the pair to return the pair data. another approach uses a grouppass filters.
Band Wide, Data Rate ve Hassasiyet
FSK için gerekli bant genişliği yaklaşık 2345[DÜDÜDÜ:0)[DÜDÜ:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ
Hata Tespiti ve Düzeltme
Çevre kanalları genellikle dürtü gürültüsü, fading ve müdahale eder. Basit bir döngülü reddantme (CRC) alıcının yanlış paketler kullanmasına izin verir, ancak yeniden yükleme işlemleri daha sık sık yüksek FEC'den daha enerji tasarrufu sağlar. Bazı transiversiyonel veya blok kodları otomatik CRC'nin maliyetine destek verebilir.
Modern Bileşenleri ile Uygulama
Bugünün tasarımcıları, MCU, RF transceiver'i birleştiren geniş bir entegre devreden seçim yapabilir ve küçük bir ayak izi olan sensörleri seçebilirler. Aşağıdaki düşünceler düşük güç FSK uzaktan algılamayı inşa ederken geçerlidir.
Tümleşik Transceivers
CC1 (Sub-1 GHz) ve SX1262 gibi radyo modülleri ISM grupları (315/433/868/915 MHz) programlanabilir FSK, OOK ve diğer modulations. düşük standby mevcut (0.5 μA), hızlı bir uyanma (150 μs), ve yüksek alıcı duyarlılığı (yaklaşık 1.2 kbps) içerir. Bu cihazlar, yapılandırılabilir paket eller, CRC ve FEC, düşük uykudan çalışma sağlar.
Mikrokontroller Seçme
MCU 200 μA /MHz altında aktif bir mevcut tüketime sahip olmalı ve birden fazla uyku modunu desteklemeli. Örneğin, STM32L0 veya EFM32 serisi, 30 μA /MHz'de çalıştırılabilir ve çarpışmalardan kaçınmak için son derece daha az sürede transferler çizebilir. MCU, sensör okumaları, veri formatı ve radyo kontrolü. Ayrıca uyanmak için bağlantı noktası protokolünü de uygulayabilir.
Anten ve Ağlama Ağı
Dikkatli bir şekilde tasarlanmış bir anten ve eşleştirme ağı, mevcut gücün vericiden verimli bir şekilde yayılmasını sağlar. Çevre uygulamalarında, uyum sağlama ve montaj yeri, anteni boşa çıkarmak için en aza indirmek için en azalabilir. çeyrek- dalgası monopol veya bir kelimelikli yazdırılmış-circuit kurulu (PCB) anteni kullanarak, değişken kapasitörler dağıtım sırasında ayarlanma sağlar.
Çevre Mühendisliği Uygulamaları
FSK tabanlı düşük güç uzaktan algılama, geniş bir çevresel izleme senaryolarında kullanılmıştır. Aşağıdaki alt bölümler ayrıntılı temsilci kullanım vakaları.
Soil Moisture İzleme
Kablosuz toprak nem sensörleri, 10 cm'nin 100 cm'lik derinliklerinden her 15 ila 60 dakika boyunca okumalar yapar.Çünkü toprak kaybı bir orta, anten sadece ISM bandında 433 MHz'de meydana gelen iletimleri dikkate almalıdır.
Su Kalite İzlemesi
Nehirlerin, göllerin ve rezervuarların uzak algılaması, pH için sensörler gerektirir, oksijeni, turbidity ve iletkenlik. Bu sensörler genellikle otobüs veya sabit yapılarda dağıtılır ve FSK aracılığıyla merkezi bir ağ geçidine iletişim kurar. modulation'ın bağışıklıkını su bazlı ortamlarda özellikle değerlidir.
Hava Kirliliği Tespiti
Konfordaktörlükteki düşük hava kalitesi monitörleri (PM2.5, PM10), ozon ve azot dioksit bir kentsel alanda dağıtılabilir. 868 MHz bandında, yoğun sensör ağlarının minimum müdahaleye izin verir. Her düğüm 30 saniye boyunca optik bir parçacık sayacı ile çalışır, sonra ortalama bir parçacık sayımını 1-kbps FSK paketi ile ile geçirir.
Yaban Hayatı İzleme ve Habitat İzleme
FSK vericileri ile yakalayan hayvanlar büyük mesafeler üzerinde takip edilebilir. FSK'nın dar bant doğası (toplayıcı alıcı 50-150 kHz) birçok etiketin aynı frekans bandında aynı şekilde ortak olmasına izin verir:0Lotek kablosuz sistemler[Dönderilmiş)
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Düşük güç uzaktan algılama için FSK modulation for low-power uzaktan algılama in çevresel mühendisliği talepleri, güvenilir verilere karşı FSK'nın doğal olarak dengelenmesi ve düşük maliyetli donanımda uygulanmasın kolaylaştırılması, çoğu çevresel izleme uygulamaları için seçim şekli haline getirmek ve agresif görev bisiklet, mühendisler otomatik olarak ortaya çıkan sensör düğümleri oluşturabilirler, FSK'nin sağlamlığı, amplifiğe karşı kırılganlık ve düşük maliyetli donanımda uygulama kolaylığı sağlar.
Düşük güç FSK tasarımı hakkında daha fazla okuma için, entegre transceiversal özellikler için başvuru notları için bakınız:0)Texas Instruments' CC1 tasarım rehberi) ve dijital modulation}Semtech SX1262 veri sayfası) entegre transceiversite özellikleri için kapsamlı bir genel bakış açısı mevcuttur.