اعتبارات التصميم الرئيسية ومستقبل أجهزة استشعار إنترنت الأشياء

تهدف هذه المدونة إلى مناقشة، ولو على مستوى عالٍ، كيف تؤثر هذه التغييرات على القيود المفروضة على تصميم المستشعر وما الذي من المرجح أن يبحث عنه مستهلكو وحدات المستشعر مع تقدم هذه الاتجاهات.

أجهزة الاستشعار في إنترنت الأشياء

يمكن الآن اعتبار أي مستشعر تقريبًا بمثابة مستشعر إنترنت الأشياء. المصدر: onsemi

اعتبارات تصميم المستشعر الرئيسية لـ إنترنت الأشياء

تدفع العوامل الناشئة في سوق إنترنت الأشياء تصميم المستشعرات نحو التكامل، مع دمج العديد من المستشعرات وتقنيات المعالجة في شريحة واحدة. يقلل هذا النهج من استخدام المساحة ويعزز قدرات دمج المستشعرات.

ومع ذلك، في حين يمكن لأجهزة الاستشعار بالقصور الذاتي مثل مقاييس التسارع وأجهزة قياس الزوايا الاستفادة من تصنيع الأنظمة الميكانيكة الصغرى (MEMS) والتكامل مع عمليات أشباه الموصلات، فإن أجهزة الاستشعار عالية التردد والمغناطيسية تتطلب مواد خاصة وتطويرًا معقدًا لـ SiP، الأمر الذي يتطلب استثمارات كبيرة.

بالإضافة إلى ذلك، يواجه تصميم المستشعرات الحديثة أخطاءً متأصلة ومشاكل تداخل؛ على سبيل المثال، تكون المستشعرات الكهرضغطية عرضة للصدمات والاهتزازات والتداخل الكهرومغناطيسي. وعلى الرغم من أن تقنيات معالجة البيانات مثل المتوسطات والتقسيم إلى نوافذ يمكن أن تقلل من الأخطاء، إلا أن هناك حاجة إلى تقنيات معالجة إشارات أكثر تقدمًا لتحسين دقة البيانات ودقتها عند معدلات نقل بيانات أعلى.

ثلاث خطوات لتحقيق الاتصال الذكي بالمستشعرات

    1. اختيار معايير الاتصال اللاسلكي

    2. اختيار وحدات الاتصال/الهوائي الخاصة بإنترنت الأشياء

    3. اختبار الشهادات والامتثال

مستقبل إنترنت الأشياء تصميم المستشعر

سيتم دمج الإلكترونيات وأجهزة الاستشعار عالية التردد جنبًا إلى جنب مع إلكترونيات معالجة الإشارات الرقمية عالية السرعة وزيادة وقت الاستجابة ودقة أجهزة الاستشعار التي تم بناؤها باستخدام هذه التكنولوجيا بشكل كبير. ويشمل ذلك رادارات السيارات وأجهزة استشعار القرب القائمة على الرادار وأنظمة التصوير بالموجات الدقيقة/المليمترية.

هناك أيضًا مجموعة متنامية من الأبحاث وجهود البحث التي تركز على تحقيق مواد ميتا أكثر تعقيدًا (هياكل ميتا) على الشريحة لتحسين محولات الاستشعار وقدرة معالجة الإشارة. تشمل الأمثلة المستقطبات الميتا مادية المستخدمة لاستبدال المستقطبات الموجية لتحسين الطوبولوجيا للمستشعرات الضوئية الموجودة على الشريحة. يمكن أن تكون الهياكل الميتا المتكاملة إلى جانب المستشعرات عاملاً رئيسيًا في تقليل الخطأ والضوضاء في بيانات المستشعر من خلال توفير معالجة إشارة سلبية لا تضيف تأخيرًا كبيرًا في إشارة بيانات المستشعر.

كما هو الحال مع العديد من التقنيات الأخرى، فإن التصغير، والكفاءة المحسنة، والدقة الأكبر هي المتطلبات المستقبلية لتقنيات استشعار إنترنت الأشياء. وهذا يشكل تحديًا متزايدًا، خاصة وأن العديد من تقنيات الاستشعار محدودة في إمكاناتها للتصغير أو التكامل مع تقنيات المعالجة أو الاتصالات. وبالتالي، فمن المرجح أن يكون هناك مجال لتقنيات استشعار جديدة أكثر قابلية للتكامل لتحل محل تقنيات الاستشعار القديمة التي لم يتم تصنيعها بسهولة لتناسب عوامل الشكل المدمجة والمحسنة للغاية لأنظمة إنترنت الأشياء.