Ինֆրակարմիր և ռադիոհաճախականության արտանետիչներ. Ո՞րն է ավելի հարմար ձեր համակարգի համար

Ինֆրակարմիր և ռադիոհաճախականության արտանետիչների հիմնարար տեխնիկական տարբերությունները

Ինչպես է ինֆրակարմիր (IR) տեխնոլոգիան փոխանցում տվյալները

Ենթակարմիր ճառագայթողները աշխատում են՝ արձակելով 700 նանոմետրից մինչև մոտ 1 միլիմետր սահմաններում գտնվող լույսի ալիքներ: Դա կատարվում է այնպես կոչված իմպուլսային մոդուլյացիայի միջոցով, որն իրականում նշանակում է IR LED-ի արագ միացում և անջատում: Քանի որ այս սիգնալներին անհրաժեշտ է ազատ ճանապարհ սարքի և ընդունիչի միջև, դրանք չեն կարողանա անցնել պատերի կամ այլ պինդ մակերեսների միջով: Ինչը, փաստորեն, ենթակարմիր ճառագայթումն անելի է հատկապես հարմար անվտանգության որոշ կիրառությունների համար: Փորձեք պատկերացնել՝ ինչպես աշխատում է հեռակառավարման սարքը՝ միայն այն դեպքում, երբ այն ուղղված է հեռուստացույցին, կամ մուտքի այն համակարգերը, որոնք շենքի սահմաններում են պահում սիգնալները: Վերջապես, ոչ ոք չի ցանկանա, որ իր անձնական հաղորդակցությունները հարևան գրասենյակներ արտահոսեն:

Ռադիոհաճախականության (RF) տեխնոլոգիայի գիտական հիմքը

Ռադիոհաճախականության արտանետիչները աշխատում են 3 կիլոհերցից մինչև 300 գիգահերց սահանականում, արտանետելով էլեկտրամագնիսական ալիքներ, որոնք տարածվում են բոլոր ուղղություններով և իրականում կարողանում են անցնել շենքերի շատ տարատեսակ նյութերի միջով: Անցյալ տարի կատարված որոշ փորձարկումներ ցույց տվեցին, որ այս սիգնալները պահպանում են մոտ 85% ուժ, անցնելով սովորական չոր պատերի միջով, ինչը նշանակում է, որ սարքերը կարող են հուսալիորեն միացվել սենյակից սենյակ՝ առանց մեծ դժվարությունների: Որովհետև այս հատկության շնորհիվ RF տեխնոլոգիան շատ օգտակար է դառնում բարդ ցանցային կազմակերպումներ ստեղծելու համար, ինչպիսիք են խելացի տների կառավարման կենտրոնները կամ գործարանների ավտոմատացման համակարգերը, որտեղ ծածկույթը պետք է լինի լայն և կարողանա բնական կերպով հաղթահարել խոչընդոտներ:

Ինֆրակարմիր ճառագայթների տեսանելիության սահմանափակումները համեմատած ՌՀ սիգնալների հետ, որոնք անցնում են խոչընդոտների միջով

Факտոր	Ինֆրակարմիր արտանետիչներ	RF արտանետիչներ
Խոչընդոտների դիմադրություն	Վիճակվում է ցանկացած խոչընդոտի դեպքում	Անցնում է փայտի և չոր պատերի միջով
Մաքսիմալ մակերես	10 մ (ուղիղ գիծ)	100 մ (բաց տարածք)
Շրջապատող միջամտություն	Արևի լույսը և լամպերը խանգարում են սիգնալներին	Նվազագույն (<5% փաթեթների կորուստ)

Ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս, որ ԻԿ համակարգերը խճողված միջավայրերում 34%-ով ավելի բարձր անսարքության ցուցանիշ ունեն՝ դա պայմանավորված է անխոչընդոտ ճանապարհների կախվածությամբ (Wireless Tech Review, 2023): Ընդհակառակը, ՌՀ-ի անդրադարձման և դիֆրակցիայի կարողությունը խոչընդոտների շուրջը ապահովում է հաստատուն աշխատանք դինամիկ պայմաններում, ինչը այն դարձնում է նախընտրելի ընտրություն կարևորագույն շենքի ավտոմատացման համակարգերի համար:

ԻԿ և ՌՀ արտանետիչների ազդանշանի տիրույթը, հուսալիությունը և շրջակա միջավայրի արդյունավետությունը

Ազդանշանի տիրույթի համեմատություն՝ ԻԿ (5–10 մ) և ՌՀ (30–100 մ) իրական պայմաններում

Ամենաշատը ինֆրակարմիր ճառագայթողները լավագույնս աշխատում են մոտ 5-10 մետր հեռավորության վրա, քանի որ նրանք ուղիղ տեսադաշտ են պահանջում և հեշտությամբ խանգարվում են սովորական լուսավորության պայմաններում: Ռադիոհաճախականության ճառագայթողները սակայն այլ պատկեր են ներկայացնում: Այս սարքերը կարող են ծածկել 30-ից մինչև 100 մետր հեռավորություն շենքերի ներսում, իսկ որոշ 433 ՄՀց մոդելներ անփոփոխ պայմաններում իրականում ձգվում են գրեթե 200 մետր հեռավորության վրա (ինչպես նշված էր Nature-ում 2023 թվականին): Այդ տիրույթի շնորհիվ RF տեխնոլոգիան հիանալի հարմարվում է տնային ավտոմատացման համակարգերին և մեծ կայքերի ընդհանուր IoT ցանցերին: Նրանց հետ միասին՝ ինֆրակարմիրը դեռևս պահպանում է իր նշանակությունը այն դեպքերում, երբ պարզապես ցանկանում ենք կառավարել մեր անմիջական տարածքում գտնվող որևէ բան, առանց հոգոց առաջացրած սիգնալների մասին:

RF-ում մահացած գոտիների և IR համակարգերում արտացոլման մարտահրավերների հասկացությունը

Ռադիոհաճախականության սիգնալները միտմամբ թուլանում են, երբ հարվածում են բետոնե պատերի կամ մետաղական կառույցների նման հաստ մակերեսներին, ինչը ստեղծում է այն անհարմար մեռած գոտիները, որտեղ ընդունման մակարդակը ամբողջովին անկում է կրում: Ուստի շատ հաճախ մարդիկ ստիպված են օգտագործել սիգնալի ուժեղացուցիչներ կամ սարքերը տեղադրել հատուկ կերպով՝ որոշակի տեղերում: Ինֆրակարմիր համակարգերն էլ իրենց խնդիրներն ունեն: Լուսարձակ մակերեսները իրականում խանգարում են դրանց — պատկերացրեք, թե ինչպես է արևի լույսը արտացոլվում պատուհանների կամ հայելիների մակերեսից և ցրվում ինֆրակարմիր իմպուլսները, ամբողջովին խափանելով կապը: Քանի որ տարբեր տեխնոլոգիաների և շրջակա միջավայրի փոխազդեցության այս առանձնահատկությունների պատճառով, ճիշտ տեղադրումը շատ կարևոր է: RF համակարգերի դեպքում ցանցի պլանավորումն է մեծ տարբերություն անող գործոնը: Իսկ ինֆրակարմիր համակարգերի դեպքում հնարավոր չէ խուսափել սարքերի միջև անմիջական տեսանելիության անհրաժեշտությունից՝ ճիշտ աշխատելու համար:

Խանգարումների աղբյուրներ և ազդեցությունը համակարգի կայունության վրա

Երկու տեխնոլոգիաներն էլ հանդիպում են տարբեր խանգարումների մարտահրավերների:

• IR : Բարձր զգայունություն շրջապատող լույսի նկատմամբ, հատկապես արևի լույսի և կայծակի լամպերի լույսի:
• RF ուժեղ էլեկտրամագնիսային խոչընդոտումների (EMI) ենթարկվում է Wi-Fi, միկրաալիքային վաննաներ և Bluetooth սարքերից:

Ռադիոհաճախականության (RF) համակարգերը ավելի շատ էներգիա են օգտագործում՝ ազդանշանի ամբողջականությունը պահպանելու համար խիտ ռադիո միջավայրում, մինչդեռ ինֆրակարմիր (IR) համակարգերի կարճ տիրույթով՝ իմպուլսային հաղորդակցման մոդելը նվազագույնի է հասցնում էներգաօգտագործումը: Ավելին, RF-ն աջակցում է երկու ուղղությամբ կապ և սխալների ուղղում, որն ավելի հուսալի է դարձնում անկայուն պայմաններում: IR-ի միակողմանի բնույթը սահմանափակում է հակադարձ կապը, սակայն նվազեցնում է բարդությունը և հարձակման հնարավոր տիրույթը:

Հիմնական ցուցանիշներ :

Մետրիկ	Ինֆրակարմիր արտանետիչներ	RF արտանետիչներ
Տիպիկ տիրույթ	5–10 մ	30–100 մ
Խոչընդոտների թույլատվություն	Անմիջակայք	Միջավոր
Էլեկտրաէներգիայի սպառում	10–24 Վտ	24–100 Վտ

Այս կատարողականի հատկանիշները օգնում են ինժեներներին ընտրել արտանետիչները՝ հիմնվելով շրջակա միջավայրի սահմանափակումների և հուսալիության պահանջների վրա:

Էներգաարդյունավետություն և էներգածախս՝ IR ընդդեմ RF՝ երկարաժամկետ կիրառումների համար

Ինչու՞ են ինֆրակարմիր ճառագայթողները ծախսում ավելի քիչ էներգիա, քան ՌՀ այլընտրանքները

ԻԿ ճառագայթողները աշխատում են՝ արագ ինֆրակարմիր լույսի փուլեր արձակելով և միացվում են միայն այն դեպքում, երբ իրականում փոխանցում են ինչ-որ բան, ինչը նշանակում է, որ ընդհանուր առմամբ նրանք օգտագործում են զգալիորեն ավելի քիչ էներգիա: Դրանց մեծամասնությունը ծախսում է մոտ կես վատտից մինչև երկու վատտ՝ առավելագույնը, ինչը դարձնում է դրանք հիանալի ընտրություն այն սարքերի համար, որոնց անընդհատ աշխատանք չի պահանջվում, ինչպիսիք են հեռակառավարման սարքերը կամ շարժման սենսորները, որոնք այսօր համընդհանուր են: Ընդ որում, ՌՀ համակարգերի համար ավելի դժվար է, քանի որ նրանք պետք է անընդհատ արտադրեն ռադիոազդանշաններ՝ միայն այլ սարքերի միջամտություններին դիմադրելու համար: Նույնիսկ նվազագույն հզորությամբ աշխատելիս ՌՀ սարքերի շատերը ըստ նախորդ տարվա Energy Star զեկույցների դեռևս ծախսում են երեքից տասը վատտ: Այսպիսով, մատուցիչներով աշխատող սարքերի համար, որոնց ակտիվությունը օրվա ընթացքում անընդհատ չէ, ինֆրակարմիր տեխնոլոգիան ակնհայտորեն ավելի լավն է՝ հիմնվելով այս երկու համակարգերի էներգածախսի մեծ տարբերության վրա:

Բատարեային կյանքի հետևանքները անլար սենսորներում և հեռակառավարման սարքերում

IR տեխնոլոգիան էլեկտրաէներգիա է օգտագործում շատ ավելի քիչ, քան մյուս տարբերակները, ինչը նշանակում է, որ մարտկոցները ընդհանրապես շատ ավելի երկար են տևում: Որպես կանոն, BLE-ի կամ Zigbee-ի նման բաների հետ աշխատող RF-ի վրա հիմնված IoT սենսորները պետք է փոխվեն վեց ամսվանից մինչև մեկ տարին մեկ: Երբ մենք դիտարկում ենք IR սարքերը՝ այն կատարելով թեթև աշխատանքներ, օրինակ՝ առկայության սենսորներ կամ պարզ հարմարանքներ, նրանք իրականում կարողանում են աշխատել երեքից մինչև հինգ տարի այդ փոքրիկ մատանի մարտկոցներից: Սա մեծ տարբերություն է անում այն դեպքերում, երբ սարքավորումները տեղադրված են այնպիսի վայրերում, որտեղ մարդիկ չեն ցանկանում բարձրանալ կամ փորել բետոն՝ մարտկոց փոխելու համար: Էներգաարդյունավետությունը իրականում շատ կարևոր է, երբ սպասարկման ծախսերը ժամանակի ընթացքում աճում են:

Անվտանգություն, Գաղտնիություն և Երկու ուղղությամբ Կապի Հնարավորություններ

RF սիգնալների կեղծման ռիսկեր և Գաղտնիության թուլություններ

Ռադիոհաճախականության սիգնալները հաճախ տարածվում են ավելի հեռու, քան պետք է, ինչը հնարավորություն է տալիս հիմնական սարքավորումներ ունեցող մեկին դրանք ընդունել նույնիսկ 100 մետր հեռավորությունից: Անցյալ տարի հրապարակված հետազոտությունը, որն ուսումնասիրում էր անալրջակապ տեխնոլոգիաների անվտանգության թուլությունները, հայտնաբերեց մի շփոթեցնող փաստ՝ արտադրամասերում և գործարաններում անօդաչու անցկացվող անգամ երկու երրորդ ՌՀ հաղորդակցությունները, որոնք չեն ապահովված ճիշտ կոդավորմամբ, կարող են լսվել ցանկացած մեկի կողմից, ով գտնվում է հաղորդակցման տիրույթում: Իհարկե, նոր սարքերը այսօր ավելի լավ անվտանգության հնարավորություններ են ունենում, սակայն գործարանների հարկերին դեռևս շատ հին սարքեր են աշխատում, որոնք գրեթե ոչ մի պաշտպանություն չունեն երկայնակորության դեմ: Սա նշանակում է, որ կարող է վտանգված լինել ամեն ինչ՝ սկսած ջերմակարգավորիչների կարգավորումից մինչև ջերմաստիճանի ցուցման ստացումը, եթե չար մտադրություն ունեցող անձինք դրանք ձեռք բերեն պարզ ռադիոսկաներների միջոցով:

Ֆիզիկական սիգնալի սահմանափակման շնորհիվ ԻԿ-ի անվտանգության ներքին առավելություններ

Ենթակարմիր շառավիղներով հաղորդակցությունը լավագույնս աշխատում է, երբ սարքերի միջև ուղիղ ճանապարհ կա, սովորաբար մոտ 5-10 մետր սահմաններում: Ազդանշանները պարզապես չեն անցնում պատերի կամ պինդ օբյեկտների միջով, ինչը անվտանգության տեսանկյունից իրականում լավ բան է: Ենթակարմիր ճառագայթների խոչընդոտներ թույլ չտալու հանգամանքը շատ ավելի դժվար է դարձնում արտաքին անձանց համար տվյալների փոխանցումները լսելը: Պոնեմոնի ինստիտուտի վերջերս իրականացված ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ այն հաստատությունները, որոնք օգտագործում են ենթակարմիր հասանելիության համակարգեր, 82 տոկոսով պակաս անվտանգության խախտումներ են ապրել, քան այն հաստատությունները, որոնք հիմնված են ռադիոհաճախականության տեխնոլոգիայի վրա: Ուստի այժմ ավելի շատ հիվանդանոցներ են ենթակարմիր շառավիղներն օգտագործում՝ օրինակ, հիվանդների բժշկական գրառումներ փոխանցելու համար, իսկ կառավարական գործակալություններն էլ այն օգտագործում են իրենց շենքերում ապահով մուտքի կոդեր տարածելու համար: Սահմանափակ տիրույթը այս դեպքերում դառնում է անվտանգության առավելություն՝ ոչ թե թերություն:

Երկու ուղղությամբ հետադարձ կապ՝ RF-ի աջակցությունը ընդդեմ IR-ի միաուղղության սահմանափակման

Ռադիոհաճախականության տեխնոլոգիան թույլ է տալիս սարքերին փոխադարձաբար կապ հաստատել, որպեսզի նրանք կարողանան ուղարկել կարգավիճակի զեկուցումներ, ստուգել, թե արդյոք հրամանները ստացվել են, և նույնիսկ անլար ձևով թարմացնել ծրագրային ապահովումը: Սա հատկապես կարևոր է ինչպես ինտելեկտուալ ջերմակարգավորիչների, որոնք կարիք ունեն իրական ժամանակում հակադարձ կապի, այնպես էլ այն գործարանային սարքավորումների համար, որոնք միացված են ամպին: Ինֆրակարմիրը սակայն աշխատում է այլ սկզբունքով: Այն հիմնականում ուղղակի ուղարկում է սիգնալներ մեկ ուղղությամբ, ինչը դարձնում է այն հարմար հիմնական հեռակառավարման համար, սակայն այլ բաների համար ոչ շատ: Ինչ վերաբերում է առավելություններին, ապա ավելի քիչ անվտանգության թերություններ, քանի որ հարձակվողների համար հակառակ ճանապարհ չկա օգտագործելու: Որոշ ընկերություններ այժմ միավորում են IR և RF տեխնոլոգիաները: Այս նոր տարատեսակները օգտագործում են IR-ի ներդրված պաշտպանությունը որոշ կիբեռանվտանգության սպառնալիքներից, միաժամանակ պահպանելով RF-ի առաջարկած արագ պատասխանման ժամանակը: Արտադրողները հույս ունեն, որ սա կստեղծի ավելի լավ միացված ապրանքներ, որոնք լավ կաշխատեն՝ առանց զիջելու անվտանգության հարցում:

Ճիշտ էմիտորի ընտրություն. Կիրառման դեպքեր, մասշտաբավորում և ապագայի միտումներ

Երբ ընտրել IR-ը. Պարզ, ցածր հզորությամբ կիրառություններ, ինչպես հեռակառավարումը

Ինֆրակարմիրը շատ լավ է աշխատում պարզ սարքերի համար, որոնք աշխատում են բատարեաներից և չեն պետք ուղարկել հաղորդագրություններ հեռու հեռավորության վրա: Այս փոքրիկ ինֆրակարմիր մասերը սովորաբար օգտագործում են մոտ 5-ից 10 միլիամպեր, երբ ակտիվ են, ինչը դրանք դարձնում է հիանալի հեռակառավարման սարքերի համար՝ հեռուստացույցների, դռների մոտ շարժման սենսորների և լույսը կառավարող սեղմակների համար: Ինֆրակարմիրի հատկություններից մեկը այն է, որ այն չի խանգարվում ռադիոհաճախականության աղմուկով, և հաղորդագրությունները լավ են սահմանափակվում: Ուստի էլ մենք տեսնում ենք, որ ինֆրակարմիրը շատ է օգտագործվում այն տեղերում, որտեղ կարող է լինել էլեկտրոնային սարքավորումների մեծ քանակ՝ այնպիսի տեղերում, ինչպես բժշկական կենտրոններ և հանդիպումների սենյակներ, որտեղ մարդիկ ցանկանում են պահպանել խոսակցությունների գաղտնիություն:

RF-ը ինտելեկտուալ տների և IoT-ի համար՝ մասշտաբավորում, պատերի թափանցում և ցանցի ինտեգրում

Ռադիոհաճախականության տեխնոլոգիան դարձել է համընդհանուր ստանդարտ ինչպես խելացի տներում, այնպես էլ արդյունաբերական IoT կառույցներում, քանի որ այն իրականում աշխատում է պատերի միջով և կառուցում է այն ընդլայնվող ցանցերը, որոնց մասին բոլորը խոսում են: Սիգնալի տիրույթը սովորաբար տատանվում է 30-ից մինչև 100 մետր, ինչը նշանակում է, որ մեկ կենտրոնական սարքը կարող է հետևել տարբեր սենսորների, որոնք տարածված են տան կամ արտադրամասի մի քանի սենյակներում: Այնուամենայնիվ, այս RF մոդուլները շարունակական հարցում են բավականին շատ էներգիա՝ միջինում շուրջ 15-ից 30 միլիամպեր: Այդպիսի ծախսը խնդիրներ է ստեղծում, երբ փորձում են սարքերը երկար ժամանակ շահագործել մարտկոցներից: Ինժեներները պետք է լրացուցիչ մտածեն իրենց համակարգերի նախագծման մասին, որտեղ սենսորները տեղադրված են հեռու էներգամատակարարման աղբյուրներից, քանի որ մարտկոցի կյանքը դառնում է կարևորագույն գործոն այդ իրավիճակներում:

Նորահայտ հիբրիդային IR/RF արտանետիչներ և սպառողական էլեկտրոնիկայի ոլորտում փոփոխություններ

Այսօր ավելի ու ավելի շատ ընկերություններ դիմում են երկկողմանի ռեժիմով էմիտտերներին: Այս սարքերը շարժման հիմնական հայտնաբերման համար օգտագործում են ինֆրակարմիր տեխնոլոգիան, իսկ ռադիոհաճախականության սիգնալները պահում են իրական տվյալների ուղարկման համար: Ըստ 2024 թվականին հրապարակված IoT Պրոտոկոլների ուսումնասիրության՝ այս տեխնոլոգիաների միացումը անվտանգության համակարգերում էներգիայի օգտագործումը կրճատում է մոտ 40 տոկոսով: Գաղափարն իրականում պարզ է՝ ԻԿ-ն իր վրա է վերցնում անընդհատ հսկողության խնդիրը, իսկ RF բաղադրիչը միացվում է միայն այն դեպքում, երբ կա փոխանցման արժանի ինչ-որ բան: Քանի որ շենքերի կառավարողները ձգտում են ավելի էկոլոգիապես մաքուր լուծումների՝ առանց անվտանգությունը զիջելու, այս տեսակի հիբրիդային մոտեցումը ավելի ու ավելի տարածված է դառնում: Իրականում խելացի շենքերին անհրաժեշտ են ինչպես տեղական կառավարում, այնպես էլ ինտերնետային մուտք, և դրանց համատեղ աշխատանքը արդյունավետ դարձնելու միջոցներ գտնելը ներկայումս արդյունաբերության մեջ շատ քննարկվող թեմա է: