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EMBEDDED 61 • SETTEMBRE • 2016
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IN TEMPO REALE | CONNECTIVITY
Connettività senza contatto: definizione e vantaggi
In stabilimenti e ambienti industriali dove polvere, liquidi e gas si combinano con l’attrito e i sistemi robo-
tizzati si usurano a causa dei molteplici assi di rotazione, i progettisti devono adottare un nuovo approccio
alla connettività. Un approccio che permetta di garantire una connettività sicura, affidabile, flessibile e
robusta sia per la potenza sia per i dati.
La soluzione è rappresentata da un nuovo sistema di interconnessione, basato sulla trasmissione di poten-
za e dati senza contatto, che semplifica la connessione (e la disconnessione) su breve distanza senza ricor-
rere ad alcun contatto meccanico: un esempio è rappresentato da connettori ARISO di TE Connectivity.
Oggigiorno esistono molte forme di trasferimento dati senza contatto o wireless, dal cellulare al Wi-Fi, da
Bluetooth a ZigBee. Tuttavia, nel caso di sensori che trasmettono dati a bassa velocità, queste interfacce
sono sicuramente sovra-dimensionate e ciò comporta un notevole aggravio in termini di occupazione di
spazio, consumo e costo dei componenti.
Il trasferimento di potenza in modalità wireless, d’altro canto, è stato promosso negli ultimi tempi da un
gran numero di consorzi e organizzazioni tra cui Wireless Power Consortium (che ha sviluppato l’interfac-
cia Qi), Alliance For Wireless Power e Power Matters Alliance che ora si sono fuse. Questi organismi hanno
sviluppato standard per la trasmissione di livelli di potenza fino a 5 W, con una distanza utilizzabile fino a
30 mm, per caricare i dispositivi mobili, specie quelli portatili. Questi standard prevedono l’uso delle varia-
zioni di potenza induttiva e risonante a varie frequenze per ottenere tale risultato, ma il tutto comporta
ingombri e costi relativamente elevati
L’accorgimento in questo caso è individuare il giusto compromesso tra velocità di trasferimento dati, costi
e consumo di potenza per i dati e tra distanza e costi per la potenza, così che entrambe le interfacce pos-
sano essere ospitati in una tipica testina per sensore di tipo M30 o M12.
Per il trasferimento dei dati in modalità wireless, è stata scelta la banda senza licenza di 2,45 GHz poiché
può essere implementata utilizzando un progetto di antenna near-field con un loop semplice.
Per la potenza, le principali problematiche riguardavano l’integrazione delle bobine di potenza e dalle anten-
ne near-field in un fattore di forma molto compatto e di semplice realizzazione. Ciò richiede competenze,
come già evidenziato, nel campo della progettazione meccanica e dell’elettronica di potenza, oltre che dei
componenti elettromagnetici, della progettazione del circuito RF e delle antenne.
Nel momento in cui la trasmissione dati e della potenza sono ora integrate in un’unica testina connettore,
le opzioni e le dinamiche delle applicazioni cambiano drasticamente. Il livello di flessibilità è notevolmente
superiore, grazie alla possibilità di effettuare una rotazione a 360° senza cavi, connettori e relativa usura.
Questa libertà di movimento contempla anche inclinazioni, angolazioni o il disallineamenti del connettore,
mentre la libertà di rotazione permette una rotazione più rapida come pure un ritorno più rapido ai punti
di partenza.
I connettori senza contatto sono resistenti alle vibrazioni e sigillati ermeticamente per poter operare sen-
za problemi in ambienti difficili. Inoltre, malgrado l’uso in ambienti umidi e polverosi, garantiscono cicli di
accoppiamento illimitati. L’accoppiamento magne-
tico è particolarmente indicato in applicazioni con
presenza di gas o dove vi sono liquidi o materiali
infiammabili.
Fra i numerosi altri vantaggi si possono annove-
rare semplicità di connessione “al volo” senza le
tradizionali limitazioni meccaniche, flessibilità di
progettazione e riduzioen dei costi grazie alla pos-
sibilità di trasferire potenza e segnali attraverso
i fluidi e le pareti, come pure una migliore affida-
bilità che riduce gli oneri di manutenzione e il TCO
complessivo.
Libere dai vincoli imposti dal contatto, le inter-
connessioni senza contatto offrono una flessibi-
lità e un’affidabilità decisamente migliori, mentre
l’accoppiamento magnetico protegge da esplosio-
ni in ambienti con presenza di gas o comunque
infiammabili