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sensori
approfondimenti
Settembre 2015
n
Automazione e Strumentazione
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Una delle sfide più complesse dal punto di vista
tecnologico per l’
Internet delle Cose
(IoT) è
la disponibilità di
nodi sensori che possano
essere collocati ovunque
. Questi sensori rile-
vano parametri quali temperatura e umidità
(case connesse), sollecitazioni meccaniche sui
ponti delle autostrade (monitoraggio in diretta
ai fini della manutenzione) o consumi di acqua
e gas (contatori intelligenti). I dati vengono
raccolti ed elaborati da server e, per costruire
una rete solida con dati affidabili, serve una
copertura estesa. La tecnologia abilitante è la
trasmissione wireless dei dati dai sensori al
sistema centrale.
Per realizzare una rete diffusa di questo tipo è
necessario tenere conto di un altro aspetto, cioè
che il
nodo sensore
deve avere un’
autonomia
operativa molto lunga
. Maggiore è la durata,
minori saranno i costi di manutenzione. Gra-
zie ai consumi ottimizzati dei microcontrollori
e a tipologie di batterie come le celle primarie
LiSOCl2, questi processori possono essere ali-
mentati per 10 anni e oltre.
Finora la trasmissione in radiofrequenza (RF)
dei dati dei sensori su
lunghe distanze
non è
molto diffusa. Questa funzionalità wireless
aggiunge un ulteriore livello di complessità
alla gestione di potenza del sistema. Se da un
lato il sensore wireless deve avere un consumo
medio quanto più basso possibile, dall’altro
deve essere in grado di generare picchi elevati
di corrente occasionali per la trasmissione dei
dati.
In termini di potenza questo richiede una com-
binazione fra
livelli minimi di correnti quie-
scenti nel sensore
e funzionalità efficiente
ad
alta potenza nell’amplificatore
. Questo
requisito rappresenta una nuova sfida nella
scelta dei dispositivi, nonché per l’intera archi-
tettura di potenza.
Bassa corrente quiescente e lunga
autonomia
Affinché il mondo dei sensori per l’IoT diventi
realtà, il funzionamento dei sensori deve avere
costi sostenibili. Una volta installato e avviato,
il sensore deve funzionare il più a lungo pos-
sibile per ridurre al minimo gli intervalli di
manutenzione e abbattere i costi.
Questo significa che, da un lato, devono essere
selezionati materiali e componenti durevoli,
dall’altro i circuiti interni devono avere un
consumo minimo di corrente
per garantire
una maggiore autonomia con una determinata
quantità di energia fornita dalla batteria.
Attualmente queste applicazioni utilizzano bat-
terie primarie specifiche. Le batterie con una
chimica tipo LiSOCl2 sono caratterizzate da
un’
altissima densità energetica
, superiore a 1
Wh/cm³, e sono largamente disponibili in com-
mercio. Queste celle primarie vantano inoltre
un’
autoscarica molto bassa
, un’altra caratte-
ristica importante da considerare. Per questo
motivo sono la prima scelta dei progettisti per
applicazioni di lunga durata.
Per trarre beneficio da questi parametri, la cor-
rente della batteria deve essere inferiore a 5
mA. Correnti superiori a questo valore aumen-
tano il tasso di autoscarica, riducendo l’auto-
nomia della cella. Inoltre, correnti superiori
provocano la diminuzione della tensione termi-
nale a causa dell’impedenza interna. Oltre alla
batteria, per ridurre al minimo le correnti di
dispersione è necessario ottimizzare i compo-
Architetture efficienti
per i sensori della IoT
Florian Feckl
Per realizzare la Internet delle Cose, una risorsa fondamentale è costituita
dalle tecnologie wireless che permettono di realizzare dei nodi sensore a
lunga autonomia. Utilizzando componenti a basso consumo e architetture
circuitali ottimizzate, è possibile supportare l’attività in radiofrequenza più
impegnativa, raggiungendo l’obiettivo di una lunga autonomia operativa.
I sensori per l’IoT wireless a lunga durata richiedono architetture con consumi ultra-bassi
L’ AUTORE
F. Feckl, Applications Engineer,
Texas Instruments
Florian Feckl è un ingegnere
applicativo dell’Advanced Low
Power Solutions Group di Texas
Instruments