كاميرا ASIC اللاسلكية عالية الدقة. الصورة: جامعة واشنطنالتشتت الخلفي هو ظاهرة فيزيائية تنعكس فيها الموجات أو الجسيمات أو الإشارات في الاتجاه المعاكس ، أي نحو المصدر. يستخدم تقليديا في علم الفلك والتصوير والموجات فوق الصوتية. ولكن اتضح أن هذه الظاهرة يمكن استخدامها للإلكترونيات وأجهزة الاستشعار وأجهزة الإرسال الراديوية.
طور
مختبر أنظمة الاستشعار بجامعة واشنطن
وحدة فيديو HD تنقل دفق الفيديو 720p و 1080 p إلى 60 إطارًا في الثانية مع استهلاك طاقة 321 و 806 μW ، على التوالي. هذا
هو 1000-1000.000 مرة أقل من الكاميرات اللاسلكية الموجودة. بمعنى آخر ، ستحتوي الوحدة على طاقة كافية مستخرجة من البيئة (WiFi ، ضوء ، اهتزاز ، اختلاف درجة الحرارة ، إشعاع الميكروويف ، إلخ).
وقد تحقق ذلك من خلال التخلص من الإلكترونيات "غير الضرورية" من الجهاز ، بما في ذلك ADC ومشفر الفيديو. يتم إرسال الإشارة من المستشعر بشكل تناظري من خلال معدل عرض النبض مع التشتت الخلفي.
تخيل أن لدينا كاميرا فيديو لاسلكية ، على سبيل المثال ، كاميرا فيديو للمراقبة أو نظارات ذكية أو أداة أخرى من إنترنت الأشياء. باختصار ، تعمل كاميرا الفيديو اللاسلكية على النحو التالي:
- تصل الفوتونات إلى الثنائيات الضوئية للمصفوفة الحساسة للضوء ، والتي تحول الضوء إلى شحنة كهربائية ؛
- مضخم منخفض الضوضاء (LNA) يضخم الإشارة ؛
- تتحقق وحدة التحكم التلقائي في الكسب (AGC) من أن الإشارة الناتجة لا تتجاوز النطاق الذي يعالجه المحول التناظري إلى الرقمي (ADC أو ADC) ؛
- يقوم ADC بالتقدير ويحول تدفق الجهد التناظري إلى شكل رقمي ؛
- يقوم مشفر الفيديو بضغط إشارة الفيديو الرقمية ؛
- يرسل جهاز إرسال لاسلكي إشارة فيديو رقمية إلى القاعدة.
لا تقع حصة الأسد من استهلاك الطاقة في هذه الأداة على جهاز الاستشعار الحساس للضوء ، ولكن على بقية الإلكترونيات. لقد ثبت أن جهاز الاستشعار 128 × 128 نفسه
يمكن أن يعمل عند 1.2 ميكروات فقط .
لذا ، قام المهندسون من مختبر أنظمة الاستشعار من أجل تقليل استهلاك الطاقة
بإحضار ADC مع المكونات الإلكترونية الأخرى خارج الوحدة .
رسم تخطيطي لكاميرا فيديو تقليدية مزودة بجهاز إرسال إشارة رقمية
رسم تخطيطي لكاميرا فيديو مع جهاز إرسال إشارة تناظرية من خلال التشتت الخلفي ، حيث توجد بقية الإلكترونيات خارج الوحدةكما ترى ، يتم نقل مضخم منخفض الضوضاء (LNA) ووحدة تنظيم تلقائية (AGC) ومحول تناظري إلى رقمي (ADC) ومشفّر فيديو من الجزء المتحرك إلى جانب جهاز الاستقبال. بدلاً من جهاز إرسال لاسلكي تقليدي ، يتم استخدام معدل عرض النبض (PWM) مع الانتثار الخلفي.
دارة مبعثرة عرض النبض الدائرةومن المثير للاهتمام أن PWM
يضغط أيضًا
الإشارة التناظرية في الإطارات المرجعية. الفكرة هي أن قيم وحدات البكسل المجاورة تختلف قليلاً عن بعضها البعض. لذلك ، بدلاً من المسح المعتاد للمصفوفة سطراً بسطر ، قاموا بتنفيذ مسح متعرج ، عندما يتم مسح الخطوط حتى من اليسار إلى اليمين ، ويتم مسح الخطوط الفردية من اليمين إلى اليسار. وقد أظهرت التجارب أن هذا يقلل من نطاق الإرسال الراديوي.
يوضح الجدول عرض النطاق الترددي لإرسال الفيديو مع نسبة ذروة إشارة إلى ضوضاء على جانب جهاز الاستقبال أكثر من 30 ديسيبل (يتم عرض متوسط وأسوأ النتائج وفقًا لنتائج مئات التجارب لكل سيناريو).
تعتمد جودة الإرسال ، أي مؤشر
العدد الفعال للبتات (ENOB) ، على المسافة بين كاميرا الفيديو وجهاز استقبال الإشارة. يوضح الرسم البياني نتائج تجربة مختبرية على مسافة 4 إلى 16 قدمًا (1.22 إلى 4.88 م). على سبيل المثال ، يتم أيضًا مقارنة جودة الإطار مع خسائر مختلفة (ENOB من 3 إلى 7 بتات).
في مختبر أنظمة المستشعرات ، كانوا يجربون لفترة طويلة ، وذلك باستخدام التشتت الخلفي في مختلف الدوائر المصغرة. في السابق ، قاموا بتطوير منصة مفتوحة المصدر
WISP ( منصة
التعرف اللاسلكي والاستشعار) . هذه هي مستشعرات RFID من الجيل الأول من EPC على منصة مفتوحة المصدر مع وحدة تحكم قابلة للبرمجة 16 بت متوافقة مع أجهزة استشعار مختلفة. ينقل البيانات من خلال ماسح RFID عالي التردد UHF RFID ويستقبل الطاقة منه ، أي أنه لا يحتاج إلى بطاريات على الإطلاق. على عكس أنظمة RFID التقليدية ، على نظام WISP ، تتم برمجة علامات RFID لتشغيل برامج الكمبيوتر التعسفية.
منصة WISPلا تستهلك الأجهزة المصغرة الطاقة تقريبًا ، لذلك فهي مثالية للعمل في أنظمة المراقبة وكاميرات المراقبة بالفيديو والأدوات القابلة للارتداء وما إلى ذلك. بشكل عام ، يمكن أن يؤدي استخدام التشتت الخلفي في الإلكترونيات إلى حقيقة أنه في المستقبل ستتخلص العديد من الأجهزة المحمولة من البطاريات. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول "واي فاي السلبي" في المقالات العلمية التي سبق نشرها من قبل المتخصصين في جامعة واشنطن:
يبدأ IoT Security مع PKIتعمل GlobalSign مع المطورين والشركاء ومصنعي الأجهزة والمجتمعات الصناعية لنشر أنظمة الهوية والأمان بسرعة في الأنظمة البيئية لإنترنت الأشياء بأقل قدر من الاستثمار الرأسمالي والوقت في السوق.
اتصل بنا على info-ru@globalsign.com لمعرفة كيف يمكننا مساعدتك.