Máy phân tích tích hợp IoT

Máy phân tích tích hợp IoT thực hiện giảng dạy thiết bị IOTA-1100

Máy phân tích tích hợp IoT tích hợp máy phân tích giao thức không khí, máy phân tích tiêu thụ điện năng vi mô, máy phân tích phổ, chức năng tạo tín hiệu. Nó sẽ mang lại hiệu quả giảng dạy trực quan và thiết bị hóa hoàn toàn mới cho việc giảng dạy khóa học và thực hành thử nghiệm, nhìn thấy bao bì dữ liệu không dây của truyền thông không dây (Zigbee, WIFI, Bluetooth), nhìn thấy dạng sóng, nhìn thấy phổ tần và tín hiệu, cho phép sinh viên nắm bắt toàn diện các kỹ thuật chuyên môn của Internet of Things.

Công nghệ không dây được sử dụng bởi IoT liên quan đến tần số truyền thông rất cao và dải phổ rộng hơn.,Ví dụ trong2.4GHzThiết bị và công nghệ không dây tiêu chuẩn hóa chạy trên(như Bluetooth4.0、ZigBeePRO、WiFi) ,Tần số này có thể được sử dụng ở hầu hết mọi nơi trên thế giới. Tuy nhiên, để cải thiện khả năng thâm nhập và khoảng cách truyền của tòa nhà, giảm các loại nhiễu và giảm tiêu thụ điện năng trong truyền thông không dây.,Các kỹ sư thiết kế và phát triển có thể xem xét sử dụng các băng tần khác do các quốc gia quy định.(Ví dụ:5.8GHZ、915MHZ、779MHZ、433MHZ、315MHZKhoan đã.)。

Trong công nghệ IoT, ngoài việc liên quan đến tần số tương đối cao và dải phổ tương đối rộng, còn liên quan đến các ngăn xếp giao thức truyền thông khác nhau (bao gồm Zigbee IEEE802.15.4, Bluetooth, WIFI và các giao thức truyền thông khác nhau) những ngăn xếp giao thức này dựa trên các tiêu chuẩn truyền thông khác nhau, được thực hiện bởi phần mềm, cuối cùng thực hiện các nút mạng khác nhau, bộ định tuyến, cổng thông tin liên lạc giữa chúng. Đối với truyền thông không dây, một lượng lớn dữ liệu truyền thông được truyền trong không khí với các gói dữ liệu khác nhau, điều này đòi hỏi phải có một thiết bị tần số cao đặc biệt để thu thập và phân tích các gói dữ liệu truyền trong không khí, nhưng chúng ta không thể nhìn thấy, không thể chạm vào, để thực hiện hiệu quả việc xác minh và kiểm tra lỗi giao thức truyền thông, nâng cao hiệu quả phát triển của chồng giao thức phần mềm.

Ngoài ra, như các nút pin của Internet of Things, tất cả đều cần dưới pin rất nhỏ, có thể làm việc trong một thời gian dài, đo lường và giám sát các trạng thái tiêu thụ điện năng vi mô này cũng là một công việc quan trọng, bởi vì để tiết kiệm điện năng, các nút này thường ở trạng thái làm việc tức thời, do đó, đo chu kỳ dài của các nút này, tiêu thụ điện năng tức thời và phân tích hồ sơ tự động, cũng trở thành một công việc phức tạp, cần phải có các công cụ đặc biệt để thực hiện.

Chính theo nhu cầu thực tế này của thiết kế sản phẩm IoT và phát triển công nghệ, một loại thiết bị RF mới xuất hiện, đó là máy phân tích tích hợp IoT, thiết bị trong một thiết bị, đồng thời nhận ra nhu cầu của 4 khía cạnh trên, dưới đây chúng ta sẽ giới thiệu ngắn gọn về ứng dụng thực tế đơn giản của thiết bị mới này.

Chức năng phân tích giao thức hàng không

Máy phân tích giao thức hàng không là một thiết bị phát hiện phân tích kỹ thuật số tiên tiến có thể thu thập và phân tích các gói dữ liệu được truyền qua không khí bởi các giao thức truyền thông IoT và mạng cảm biến khác nhau, trong đó việc thu thập và phân tích mạng lưới mạng cảm biến IoT tuân thủ tiêu chuẩn IEEE 802.15.4, là một chức năng cấu hình cơ bản của máy phân tích giao thức hàng không IoT tích hợp; Đối với việc thu thập và phân tích các tiêu chuẩn truyền thông khác, các mô-đun mở rộng giao thức khác nhau có thể được thực hiện.

Hình 1 là một mẫu thu thập phân tích của hai bộ cảm biến Zigbee khác nhau, qua đó chúng ta có thể xem cách sử dụng các chức năng cơ bản của máy phân tích giao thức không khí;

Đầu tiên, chúng tôi chọn để đi vào chức năng phân tích giao thức không khí trên máy phân tích tích hợp IoT (chức năng phân tích giao thức IEEE802.15.4), để xem hình ảnh đa cửa sổ này xuất hiện trên màn hình, mỗi cửa sổ có màn hình thu thập dữ liệu không khí, hiển thị dòng thời gian đóng gói không khí, phân tích nội dung đóng gói, hiển thị cấu trúc liên kết mạng và các chức năng khác:

Khởi động lệnh thu thập tự động của máy phân tích, máy phân tích sẽ tự động thu thập mạch tần số vô tuyến và ăng-ten thông qua đa kênh không dây 2.4GHZ bên trong, thực hiện quét tự động đa kênh, nếu gói dữ liệu phù hợp với tiêu chuẩn Zigbee được tìm thấy trong không khí, sẽ tự động hoàn thành việc thu thập bao bì trên không và lưu trữ và hiển thị các dữ liệu này;

Hai mạng Zigbee được hiển thị trong hình 1, một mạng Zigbee bao gồm các mô-đun vi mô chạy bằng pin, bao gồm 4 mô-đun bao gồm cổng, bộ định tuyến và nút (màu xanh lam), một mạng khác bao gồm 5 mô-đun thu thập năng lượng tạo thành mạng cảm biến vi mô Zigbee (màu xanh lá cây), thông qua các thuật toán phức tạp như thu thập tự động và đóng gói và phân tích máy tính nhúng tốc độ cao bên trong máy phân tích, trong cửa sổ cấu trúc liên kết mạng, chúng ta có thể quan sát hoạt động và cấu trúc liên kết của hai mạng độc lập trong thời gian thực, mạng màu xanh bao gồm một bộ điều phối, 2 bộ định tuyến và một nút cuối tạo thành mạng lưới; Một mạng thu thập năng lượng khác (màu xanh lá cây) bao gồm một điều phối viên, 2 bộ định tuyến và 2 nút cuối tạo thành một mạng cảm biến không dây không có pin độc lập;

Trong cửa sổ thu thập bao bì, chúng ta có thể tìm hiểu chi tiết thông tin bên trong định dạng của từng gói dữ liệu, tham gia mạng và định tuyến mạng và các mạng khác tự tổ chức các thông tin khác nhau, hiểu lưu lượng mạng và tình trạng bận rộn, mạng đáng tin cậy và tình trạng sức khỏe, đạt được giám sát minh bạch và phân tích thời gian thực của mạng cảm biến không dây độc lập với nhiều kênh tần số vô tuyến.

Hình 1. 2 Trình diễn thu thập và phân tích giao thức không khí mạng cảm biến Zigbee độc lập

Thiết kế mạch khuếch đại RF, thử nghiệm và phân tích

Để tăng cường phạm vi phủ sóng của lớp cảm biến IoT, chúng ta thường cần thêm các bộ khuếch đại tần số vô tuyến khác nhau cho các hệ thống cảm biến không dây trên chip (SoC) trong thiết kế của mình, vì chúng hoạt động trong dải tần số vô tuyến vi sóng từ 315 MHZ đến 2,4 GHZ, thử nghiệm và phân tích cần được sử dụng cho máy phân tích phổ tần số vô tuyến đắt tiền và để tạo điều kiện cho các kỹ sư sử dụng các công cụ phát triển thử nghiệm chi phí thấp, IoT Analyzer được trang bị các mô-đun phân tích phổ khác nhau cho các kỹ sư sử dụng. Vì các tính năng bổ sung này cùng sử dụng máy tính nhúng và màn hình LCD màu và màn hình cảm ứng bên trong máy phân tích IoT, chi phí tăng tổng thể của thiết bị không cao;

Máy phân tích IoT có 2 phích cắm RF 50 Ohm tiêu chuẩn trên bảng điều khiển phía trước, có thể nhận ra đầu ra và đầu vào của tín hiệu RF, phần mềm tích hợp có thể nhận ra chức năng của máy phổ tần số vô tuyến và máy phát tín hiệu RF lên đến 2,45GHZ, (sử dụng mô-đun chức năng lựa chọn có thể lên đến 5,8GHZ).

Hình 2 là một bản demo thử nghiệm để kiểm tra bộ khuếch đại nhận và bộ khuếch đại phát

Sơ đồ II. Sơ đồ cấu hình phát triển thử nghiệm bộ khuếch đại RF

Trong hình thứ hai có hai cảm biến mạng mô-đun không dây của bảng mạch (màu xanh lá cây và màu xanh), khi thử nghiệm thực tế, chỉ có thể chọn một trong các kết nối bảng và thử nghiệm thực tế và gỡ lỗi;

Đầu tiên, chúng tôi kiểm tra bộ khuếch đại phát xạ (hình hai bảng mạch màu xanh lá cây), đây thường là bộ khuếch đại công suất, chúng tôi kết nối cáp đầu ra RF phân tích ở đầu vào của bảng mạch màu xanh lá cây (ngắt kết nối đầu ra bộ thu phát không dây), điều chỉnh tín hiệu đầu ra đến tần số chúng tôi cần (300MHZ, 433MHZ, 900MHZ, 2.45GHZ, v.v.), kết nối đầu ra (đầu ăng ten) với cáp nhận phân tích, đặt máy phân tích ở trạng thái nhận phổ, chúng tôi có thể quan sát tín hiệu phổ tần số vô tuyến trên máy phân tích, có thể hiển thị dạng sóng hoặc hiển thị mật độ đồng thời, cũng quan sát phổ tối đa, quỹ đạo phổ trung bình và các chức năng số tiên khác; Thông qua máy phát tín hiệu tần số vô tuyến và máy quang phổ, chúng tôi có thể kiểm tra các thông số RF khác nhau của máy phát điện, trở kháng đầu ra liên quan đến bộ khuếch đại, công suất, tiếng ồn, v.v., thực hiện điều chỉnh để hoàn thành quá trình gỡ lỗi và kiểm tra bộ khuếch đại công suất chất lượng cao;

Kiểm tra và gỡ lỗi thử nghiệm bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (hình thứ hai bảng mạch màu xanh), chỉ cần đầu phân tích vào đầu ra riêng biệt để thực hiện kết nối RF khác nhau, cũng có thể dễ dàng thực hiện công việc gỡ lỗi thử nghiệm của mô-đun cảm biến RF khó khăn như bộ khuếch đại tiếng ồn thấp.

Chức năng bổ sung và mô-đun chức năng mở rộng

IOTA-1100Máy phân tích IoT cũng có chức năng phân tích tiêu thụ điện năng vi mô, và là cấu hình tiêu chuẩn, có thể nhận ra các nút cảm biến khác nhau trong các trạng thái khác nhau của công suất tức thời để kiểm tra liên tục, tự động ghi lại và tiêu thụ điện năng, dòng điện trung bình, dòng điện tối đa và các thông số khác tự động kiểm tra chức năng;

Trong khi đó, một loạt các mô-đun lựa chọn chức năng mới sẽ lần lượt được thêm vào cấu hình lựa chọn của thiết bị, cấu hình lựa chọn sẽ bao gồm mô-đun chức năng phân tích RFID HF và UHF, mô-đun chức năng phổ 5.8GHZ và mô-đun chức năng phát tín hiệu, mô-đun chức năng phân tích mạng RF 2.7GHZ, RF4CE， Bluetooth 4.0 và Bluetooth Micro Power Consumption, mạng viễn thông tần số vô tuyến 3G/4G và các mô-đun chức năng phân tích thử nghiệm khác, v.v.