BST-b HW

Sensor mezgla aparatūra (WSN/IoT) — 90 minūšu lekcijas plāns

0–5 min — Motivācija + mācību rezultāti

• Kāpēc aparatūra ir kritiski svarīga WSN/IoT (enerģija, uzticamība, mērogojamība).
• Parādīt viena īsta mezgla modeli vai foto un pajautāt: “Kādas sastāvdaļas tur noteikti ir iekšā?”

5–18 min — Arhitektūra + datu/enerģijas plūsmas

• Pamatbloki: sensors → AFE/ADC → MCU/memory → radio/antenna; Barošana.
• Papildus: clocking, reset, power domains, debug port.
• Tipisks darbības modelis: wake → sample → process → transmit → sleep.

18–35 min — Sensors + AFE + ADC (ar tipiskām problēmām)

• AFE bloki: pastiprināšana (amplification), filtrēšana (filtering), ierosme (excitation), multipleksēšana (multiplexing).
• Aliasing un anti-alias filtri (tikai konceptuāli).
• Noise/drift un calibration (ražotnē vs ekspluatācijā).
• Īss uzdevums (5 min): studenti nosaka, kuri parametri ir svarīgākie (a) temperatūras datu reģistratoram, (b) vibrāciju monitoram.

35–48 min — MCU/SoC, memory un interfaces (kompromisi)

• MCU low-power modes; wake latency vs power.
• DMA/interrupt-driven dizains vs polling.
• Ārējā zibatmiņa buferēšanai/OTA; brownout apsvērumi.
• Saskarnes “zemūdens akmeņi”: I²C pull-ups un power patēriņš; level shifting.

48–63 min — Radio + antenna + link budget + coexistence

• Link budget kā intuīcija: Tx power – path loss + antenna gains – margins ≥ sensitivity.
• Coexistence pārskats (2.4 GHz traucējumi).
• Board-level antenna placement pamatnoteikumi (“rules of thumb”).

63–80 min — Power subsystem + battery life ‘lab-on-paper’

• Baterijas (CR2032 vs Li-ion vs AA) un to īpašības: temperatūra, self-discharge.
• Regulatori: efektivitāte pie dažādām slodzēm; quiescent current.
• Galvenā aktivitāte (10–12 min): grupās izrēķina power budget + lifetime estimate + “ko mainīt, lai dubultotu darbības laiku?”
• Iekļaut peak current diskusiju (nepieciešami decoupling capacitors, jāņem vērā battery internal resistance).

80–88 min — Reliability + packaging + protection + security anchors

• ESD, konektori, mitruma iekļūšana; watchdog un brownout.
• Īsi: secure element/unique ID/secure boot (kāpēc tas ir svarīgi IoT aparatūrā).

88–90 min — Noslēgums

• Kopsavilkums: “labas sensor mezgla aparatūras” kontrolsaraksts.