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无线温度传感器规划方案集锦
| 发布时间: 2022-09-26 18:52:37 来源:亚博游戏下载 | | 分享到:

  现在,大多选用的是有线多点温度搜集体系,经过装置温度节点来完结对室表里温度监控。这种传统的多点搜集体系需求用导线与每个温度搜集节点衔接,其技能老练,制造本钱相对较低。可是,在许多场合需求将传感器节点直接放置在方针地址进行现场的数据搜集,这就要求传感器节点具有无线通讯的才能。一同,由于无线传感器一般运用电池作为动力,所以,它对能耗要求十分高。

  本规划首要是依据433 MHz ISM频段,无需请求就能够运用。该规划方案有许多显着的长处:传输速度快、间隔远、数据安稳;选用低功耗办法,延伸电池运用时刻;能保证任何时分数据不丢掉,进步体系的健旺度。

  所规划的无线温度传感器首要由以下几部分组成:温度丈量、发射部分、接纳部分、LCD显现部分以及操控部分。体系结构图如图1所示。

  在温度丈量电路中选用Dallas公司出产的1-Wire总线B20是3引脚TO-92小体积封装办法;温度丈量规模为-55~125℃,可编程为9-12位A/D转化精度,测温分辨率可达0.062 5℃,被测温度以带符号扩展的16位数字办法串行输出。

  DS18B20内部结构首要由4部分组成:64位ROM、温度传感器、非蒸发的温度报警触发器TH和 TL及装备寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的,它能够看作是该DS18B20的地址序列码,每个DS18B20的64位序列号均不相同。 ROM的效果是使每一个DS18B20都各不相同,这样就能够完结一根总线中的温度传感器完结对温度的丈量,用16位符号扩展的二进制补码办法供给,以0.062 5℃/LSB办法表达。例如+25.062 5℃的数字输出为0191H,-25.062 5℃的数字输出为FF6FH。

  R1和R0决议温度转化的精度位数:R1R0=“00”,9位精度,最大转化时刻为93.75 ms;R1R0=“01”,10位精度,最大转化时刻为187.5 ms;R1R0=“10”,11位精度,最大转化时刻为375 ms;R1R0;“11”,12位精度,最大转化时刻为750 ms;未编程时默以为12位精度。规划取R1R0=“11”。

  ATmega324p内置的增强型串行外设接口SPI供给拜访一个全双工同步串行总线的才能。SPI所运用的4个信号为MOSI,MISO,SCK 和SS。MOSI用于从主器材到从器材的串行数据传输;MISO用于从器材到主器材的串行数据传输;SCK用于同步主器材和从器材之间在MOSI和 MISO线上的串行数据传输。

  1.2.2 无线的发送办法为发送寄存器缓冲数据传输办法,由装备设置指令的第7位el来使能,图1能够看出,IA4421共有2个8位的数据寄存器,发送的数据首要被锁存到其间一个数据寄存器中,当电源办理指令的第5位et被置1,则发送器开端以设置的码率从第一个寄存器向外发送数据。

  1.2.3 无线的接纳办法有两种:一种是一向接纳;另一种是FIFO办法。前一种办法并不引荐,会引起较高的误码率。本规划选用后一种办法。在相应的操控字都设置好之后,数据已进入缓冲器中,若引脚nIRQ变成低电平,则表明IA4421预备好接纳数据,这时发送FIFO读指令字,开端接纳。

  1.3 外围天线的支撑天线直接驱动,规划适当简略便当而且通讯间隔长。一个50 的外接螺旋天线和对应的差分电路就能够完结数据的发送和接纳。本体系规划的天线 mm,用螺丝刀的金属棒饶制7圈成螺旋状。经过试验,实践有用的通讯间隔能到达200 m左右,满意了体系需求。

  单片机软件部分首要包含主程序、中止子程序、测温子程序、LCD的转化显现,蜂鸣器报警子程序,按键子程序以及SPI子程序等。为了下降功耗,运用中止来唤醒单片机进行测温等作业,因而主程序部分比较简略,首要担任体系各部分初始化和中止的调用,在体系初始化完结后就直接进入睡觉办法,当中止到来时单片机退出睡觉办法,调用中止子程序完结测温、转化显现、温度数据的传输等功用。单片机操控程序流程图如图4所示。

  作为无线传感器,低功耗运转能够最大极限地延伸设备的有用运用时刻,本体系是选用电池供电,功耗必定便是一个不得不考虑的问题。为了获得最佳功用,规划时在电源损耗和可用性方面有必要依据状况权衡运用,除了选用低功耗器材外,还从以下几个方面规划电源办理程序以尽量削减无线温度传感器的功耗:

  (1)由于无线温度传感器担任向操控终端传输数据,因而何时进行数据搜集、何时进行数据传输能够由上位机的操控终端决议,十分适宜运用休眠办法和呼吸办法,经过削减IA4421在轻轻网中的活动到达节电的意图。把操控终端作为主设备,将电源办理程序规划在终端的运用操控层中,并由操控终端完结设备的查询、配对、建链等作业,当无线传感器与操控终端配对成功并衔接后进入休眠办法,此刻主从设备仍然坚持着信道,仅仅不能发送和接纳数据。当需求进行数据传输时,退出休眠办法进入呼吸办法,经过呼吸时隙发送数据,呼吸间隔可设为20~40 ms,间隔过大会带来显着推迟,当数据传输完毕后再次进入休眠办法,然后尽或许地下降能耗。

  (2)运用单片机的睡觉办法到达节能意图。当IA4421退出待机状况,发送指令进行数据搜集时,IA4421的中止请求标志位nIRQ发生低电平,经过中止标志位上电平的改动发生外部中止来唤醒单片机进入作业状况。

  操控模块的功用包含:①丈量并处理传感器模块数据;②读取并处理无线收发模块接纳的数据,进行数据交融,装备体系参数;③通讯协议处理,完结无线传感器网络通讯中的MAC和路由协议处理。因而,归纳考虑操控模块的处理速度、存储空间、外围接口、功用和功耗等要素,本规划选取PD78F0485微操控器作为操控模块的中心器材。

  本规划在考虑调制办法、功耗、传输间隔、功率等要素的基础上,选取Nordic VLSI公司的无线是一款低功耗无线MHz ISM频段,GFSK调制,本规划选用433MHz为中心频率。该收发芯片由功率放大器、频率合成器、晶体振荡器、接纳解调器和调制器组成,片内主动完结曼彻斯特编码和解码,广泛运用于无线数据通讯、无线报警及安全体系、无线开锁、无线监测和家庭主动化等范畴。

  nRF905经过SPI与微操控器进行通讯,可主动处理字头和CRC(循环冗余码校验)。发送数据时,微操控器只需将装备寄存器信息、所要发送的数据和接纳地址经过SPI传送给nRF905,它会主动完结数据的打包和发送。接纳数据时,nRF905主动检测载波并进行地址匹配,接纳到正确数据后主动移去字头、地址和CRC校验码,再经过SPI将数据传送到微操控器。nRF905具有四种作业办法:掉电办法、待机办法、Shock Burst接纳办法和Shock Burst发送办法。在掉电办法中,电流仅为2.5A,易于完结节能。当nRF905处于掉电办法时,SPI接口仍能够坚持在作业状况;经过Shock Burst收发办法进行无线数据传输,收发牢靠,运用便当。因而,nRF905在许多范畴都具有宽广的运用远景,这些特色决议了nRF905芯片十分适宜运用于无线传感器网络中。

  无线所示。操控引脚TX_EN、TRX_EN、PWR_UP直接与微操控器的P44、P45、P46相连;状况引脚DR与微操控器的中止引脚P120/INTP0相连,状况引脚CD、AM直接与微操控器P47、P10相连;由于体系没有SPI总线,因而选用I/O引脚模仿SPI总线的SCK、MOSI、MISO衔接;微操控器的P14与SPI的操控端口CSN衔接。 nRF905经过电容和电感与天线带有外部时钟输出引脚uPCLK,能够输出四种不同频率的时钟,选用示波器衔接uPCLK引脚可测验nRF905是否作业正常。

  传感器节点需存储用户设定的参数以及运转记载等许多数据。本规划挑选AT24C256作为存储芯片,它是ATMEL公司推出的低功耗256K串行 EEPROM芯片,具有如下特色:①具有三种作业电压,别离为5.0V、2.7V、1.8V;②具有64字节页写办法;③契合双向数据传送协议;④具有硬件写维护和软件数据维护功用;⑤选用斯密特触发,可抑制输入噪声;⑥选用2线串行接口;⑦内部能够组织成32K×8存储单元。

  按键是无线传感器节点为用户供给的操作接口,可运用按键设置和读取节点的参数,查询节点的运转成果、作业状况和历史记载。本规划选用的微操控器PD78F0485具有按键中止功用,具有8个通道,网络体系运用了KEY1、KEY2、KEY3和KEY4四个按键引脚,它们别离与PD78F0485的P40引脚、P41引脚、P42引脚和P43引脚相衔接,按键电路如图4所示。

  运用USB接口可完结传感器节点与核算机的通讯。本规划选用了高度集成USB转UART桥接器CP2102,它集成了USB 2.0全速功用操控器、USB转发器、振荡器和带有悉数调制解调器操控信号的串行数据总线(UART)接口;外围元件较少,能够节约PCB本钱和空间。运用USB通讯时,首要将USB电路板一端与传感器节点的电路板衔接,另一端与核算机衔接,然后将CP2102的驱动程序装置在核算机上,核算机将 CP2102虚拟成一个COM口,最终就能够以拜访一个规范COM口的硬件办法拜访CP2102。USB通讯电路如图5所示,网络体系将PD78F0485的异步串行接口UART6与CP2102的异步串行接口相衔接。

  温度传感器网络作业时,需读取和设置节点的参数。因而,需选用LCD显现器来显现所需设置的参数指令和参数数据。本规划选用的PD78F0485微操控器带有LCD操控器/驱动器,具有主动读取存储器显现数据,主动输出COMMON和SEGMENT信号的功用。PD78F0485具有6种显现办法,每种显现办法具有6种不同的帧频率,本文选用1/3分压、1/4分时的驱动办法,运用副时钟作为LCD的时钟源,选用内部分压的办法来驱动具有4个 COM端、20个SEG的LCD显现器,该显现器可一同显现8个数字、7个小数点、17个常用标号。

  本规划温度搜集芯片选用数字化温度传感器DS18B20,它由半导体公司Dallas推出,具有如下特色:①测温规模-55℃~+125℃,在 -10℃~+85℃规模内的精度为0.5℃。②丈量成果为数字信号,以“一线总线”传给MCU,而且也传送CRC校验码。③具有较高的分辨率,具有 9~12位分辨率可调的功用,所对应的温度分辨率别离为0.5℃、0.25℃、0.125和0.0625℃。④具有寄生电源供电和外部电源供电两种办法,电压规模宽。其间,在外部电源供电办法下,DS18B20作业安稳牢靠,抗干扰才能强,因而,本文选用外部供电办法,并将DS18B20的电源引脚衔接到PD78F0485的引脚,当不丈量温度时,将其外部电源封闭以下降节点的功耗。⑤体积小,削减了传感器节点体积的巨细。网络体系测温电路如图6所示,PD78F0485的P140引脚与DS18B20的电源引脚相衔接,P133引脚与DS18B20的数据引脚相衔接。

  温度传感器网络选用电池供电,因而有必要守时检测电量,以防止节点电量缺乏而构成节点之间的通讯毛病,若电量缺乏,则提示替换电池。本规划选用PD78F0485微操控器的10位逐次迫临性AD转化器和微功率两头带隙稳压器LM385二极管来完结电量检测,电量检测电路如图7所示,P30引脚衔接操控是否丈量电量,用以操控是否进行电量检测,P27/ANI衔接稳压管LM385的电源端。稳压管LM385可作业在10mA~20mA的电流规模内,具有十分低的温度系数和动态阻抗。

  依据体系要求,本规划选用3.6V锂电池供电,锂电池具有容量大、体积小的特色。由于USB通讯模块运用的是5V电压,因而需选用LM1117进行 5V到3.6V电压的转化。电源模块电路如图8所示,电源模块供给5V和3.6V的两种电源接口,选用三端稳压器LM1117可将5V电压转化为3.6V 电压。

  无线温度传感器首要由单片机操控单元、蓝牙模块、温度检测单元、接口电路及其它辅佐电路组成,体系结构如图1所示。操控单元凌阳单片机为整个体系的中心,对检测到的温度数据进行转化、显现、传输,外扩4MBFLAsH用于存储程序和温度数据。蓝牙模块包含蓝牙芯片、放大器、非平衡变压器(Balun)等,担任与蓝牙操控终端进行无线衔接和数据传输,按键完结体系设置、复位等信息输人,丈量的温度数据在传输到操控终端的一同在LED上显现,并经过扬声器守时语音播报当时温度数据和超限报警。

  操控单元选用SPCE061A单片机,作业电压为2.6~3.6V,作业频率为0.32一49.152MHz,较高的处理速度使其能够十分简单、快速地处理杂乱的数字信号。该芯片内包含ADC、DAC、守时器/计数器、RAM、FLASH、ROM等器材,具有一套高效率的指令体系和集成开发环境,而且支撑规范C言语,能够完结C言语与凌阳汇编言语的彼此调用,为硬件规划和软件开发供给了便当条件。别的,芯片内置的2路10位精度的DAC,再配合丰厚的语音函数库,可便当地完结语音的播映,十分适宜于语音运用的开发。

  温度检测单元选用D1S8B02型传感器,是美国DALLAS公司推出的一种改进型智能温度传感器,与传统的热敏电阻等测温元件比较,它能直接读出被测温度,而且可依据实践要求经过编程完结9~12位的数字值读数办法。DS18BZo与SPCEo61A单片机的接口电路如图2所示,由于DS18B20 传感器支撑“一线总线”接口,因而只需将DS18B20信号线线上能够挂接多个传感器完结多点温度丈量。

  跟着蓝牙芯片单芯片的集成度越来越高和集成了芯片、Balun、晶振等各种蓝牙模块的问世,将蓝牙嵌人到其它数字化设备中也越来越简单完结。本体系无线中心选用CSR(CambridgesiliconRadio)公司的BlueCoreZ一External 蓝牙芯片,外围扩展T晶振、FLASH、Balun、带通滤波器(BPF)、1.SV稳压电路,能够依据不同的运用场合快速开发,模块契合蓝牙Vl.1规范,最大发射功率规划为2.smw(4dB/m),是一个二级蓝牙芯片,作业电压为3士0.3V。BCMoZ经过UART口与单片机相连,为简化规划,将所需的蓝牙协议栈和无线传输运用程序直接固化在蓝牙模块中,运用蓝牙供给一个通明的无线数据传输,而单片机只需设置好波特率等参数即可进行通讯,传输操控由单片机完结。

  单片机软件部分首要包含主程序、中止子程序、测温子程序、转化显现及存储子程序、UART通讯子程序、语音播映子程序等,为了下降功耗,运用中止来唤醒单片机进行测温等作业,因而主程序部分比较简略,首要担任体系各部分初始化和中止的调用,在体系初始化完结后就直接进人睡觉办法,当中止到来时单片机退出睡觉办法,调用中止子程序完结测温、转化显现、温度数据的传输以及语音的播报和报警等功用。

  本体系是依据蓝牙的串口运用模型SPP(SerialPortProfile)完结无线数据的通明传输,在中心协议栈之上编写自己的上层运用程序。 CSR的蓝牙中心协议栈包含HCI、LZCAP、SDP、RFCOMM等,以固件的办法供给给开发人员,用户编写的运用程序和协议栈一同运转在CSR嵌人式环境中。在CSR程序中,不同使命之间能够异步地发送音讯,每一个使命在创立的时分能够让其间一个具有音讯行列,其它的就把发给使命的音讯提交给该音讯行列,由使命调度程序主动运转获得使命的音讯。蓝牙模块上层运用程序流程如图3所示。

  (1)由于无线温度传感器担任向操控终端传输数据,因而何时进行数据搜集、何时进行数据传输能够由操控终端决议,十分适宜运用休眠办法和呼吸办法,经过削减蓝牙设备在轻轻网中的活动到达节电的意图,而且操控终端一般接有耐久的电源,所以电源办理的开支由终端来担任比较适宜。把操控终端作为主设备,将电源办理程序规划在终端的运用操控层中,并由操控终端完结设备的查询、配对、建链等作业,当无线传感器与操控终端配对成功并树立RFCOMM衔接后进人休眠办法,此刻主从设备仍然坚持着RFCOMM信道,仅仅不能发送和接纳数据,休眠办法下信标间隔可设为15,电流大概在lmA左右。当需求进行数据传输时,退出休眠办法进人呼吸办法,经过呼吸时隙发送数据,呼吸间隔可设为20~40ms,间隔过大会带来显着推迟,当数据传输完毕后再次进人休眠办法,然后尽或许地下降能耗。

  (2)CSR的BlueCore芯片供给T共同的硬件节能办法深度睡觉(Depslep)办法,进人和退出深度睡觉办法至少需求10ms,经过按钮或事情进人深度睡觉办法很大程度上下降了损耗。当用户确认将有较长时刻不运用无线温度传感器时,可经过操控终端发送事情音讯进人深度睡觉办法,需求运用时再经过音讯快速退出。在深度睡觉办法下电流一般可操控在50拼A左右。

  图 1 显现了该规划的方框图。温度传感器依据一个热敏电阻器,该热敏电阻器由低噪声 LT6654 电压基准偏置。24 位 ADC LTC2484 读取热敏电阻器的电压,并经过 SPI 接口陈述读取的成果。LTP5901 是无线电模块,不只含有无线电单元,还含有主动构成 IP 网格网络所需的连网固件。此外,LTP5901 还有一个内置的微处理器,该微处理器读取 LTC2484 ADC SPI 端口,并办理面向信号链路组件的电源排序。LTC3330 是一款低功率、开关办法双输出电源,当可得到满足的光照时,LTC3330 靠太阳能电池板供电,当光照缺乏但需求坚持输出电压安稳时,LTC3330 用电池供电。LTC3330 还含有一个 LDO,用来设定温度传感器供电电源的占空比。

  图 1:经过将无线电模块连至ADC、基准和热敏电阻器以构成无线温度传感器。该电路由一个可从电池或太阳能电池板获取电能的能量搜集器供电。(BATTERY:电池;SOLAR PANEL:太阳能电池板;DUTY CYCLED:所设定的占空比;WIRELESS NETWORK:无线网络;THERMISTOR BRIDGE:热敏电阻器电桥)

  这个规划用一个热敏电阻器丈量温度。热敏电阻是十分适宜在温度远远超出人们感兴趣的典型环境温度规模中读取温度值。热敏电阻器指的是具有很大负温度系数的电阻器。例如,器材型号为 KS502J2 (依照 US Sensor 公司的规则) 的热敏电阻,在 25C 时阻值为 5k,在 -30C 至 +70C 温度规模内,电阻值从 88k 改动到 875。

  该热敏电阻器与两个精确的 49.9k 电阻串联,并由精确的电压基准 LT6654 偏置 (图 2)。LTC2484 ADC 以 24 位分辨率丈量电阻分压器的分压比。该 ADC 的整体未调整差错为 15ppm,关于本文运用所用的热敏电阻器斜率而言,这对应于少于 0.05C 的温度不确认性。这个热敏电阻器规则的温度精确度为 0.1C,因而无需任何校准,所丈量的温度就能到达这样的精确度。

  该 ADC 的噪声低于 4Vp-p,这对应不到 0.005C 的温度改动。因而,经过校准,这个体系能够用来以极端精密的分辨率丈量温度。已然 ADC 丈量热敏电阻电压与基准电压值之比,所以严格说来,基准电压无需精确。可是它有必要是低噪声的,由于在 ADC 转化时,基准电压改动或许引起差错。

  LTC2484 ADC 选用了 Easy Drive输入结构。这意味着在转化时的净差分采样电流挨近为零。因而,流经阻性热敏电阻器网络的输入采样电流不引起任何丈量差错,这意味着,无需独自的运算放大器缓冲器。旁路电容器在高频时供给一条低阻抗通路。在许多状况下,不需求不断丈量温度,而是每秒丈量一次乃至每分钟只丈量一次。在体系未丈量温度时,节约功耗是有意义的。如下所述,这个运用电路正是这么做的。

  电阻器网络从 2.5V 基准汲取最大 25A 电流。为了防止丈量之间的功率损耗,将基准电源的作业周期调整为仅在丈量期间导通。ADC 输入的 RC 时刻常数大约为 5ms。经过在进行丈量之前 80ms接通电源,可保证 ADC 输入彻底安稳。实践上,已然两个输入节点以相同的斜率接通,所以远远不必理论的安稳时刻那么久,读数就已精确。LT6654 由 LTC3330 的 3V LDO 输出供电。在读取温度读数之前和之后的恰当时刻,LTP5901 微处理器驱动 LTC3330 中 LDO 的使能引脚至高电平缓低电平。

  经过 SPI 端口供给转化成果今后,LTC2484 主动地开端进行新的转化,并将转化成果存储到其内部寄存器中,直到用户再次要求读取转化成果。在需求十分频频地读取温度值的体系中,这种作业办法是十分便当。可是,有些超低功率运用或许在两次读数之间等候很长时刻。为了保证供给给用户的温度数据一直是“新鲜”的读数,这类运用首要切换 CSb 和 SCK 引脚,以将“陈腐的”温度读数从 ADC 寄存器中移出,然后主动地开端进行新的温度转化。微处理器一向等候到转化完毕停止,然后经过 SPI 端口读取成果。即便新的温度读取进程会再次主动开端,可是体系接下来会封闭热敏电阻器网络 (经过封闭 LDO),由于这些额定的温度读数随后将被疏忽。

  该温度传感器电路的总功耗能够按如下办法估量。首要,求基准 (350uA)、热敏电阻器网络 (25A) 和 ADC (转化时为 160A) 的电流之和,所得总电流为 535A (参见表 1)。然后,考虑这一电流继续多长时刻。ADC 每次转化大约耗时 140ms,在每次转化之前,等候 80ms,以让基准和热敏电阻器安稳。再加上一些 SPI 读数所需时刻,这样接通时刻大约为 300ms。在 300ms时刻内耗费 535A 电流,相应于 160C 的电荷量。咱们应该在这个电荷量之上,再加上给 4.7F 电源旁路电容器充电至电压基准所需的电荷量,由于每次读数时这个节点都从 0V 充电至 3V。加上这个 14C 的电荷量,每次读取温度数据时所需的总电荷量为 174C。假如每隔 10 秒读取一次温度数据,那么就可核算出,均匀电流耗费为 17A。其他均匀电源电流的比如在表 2 中给出。

  LTC3330 办理这个运用的一切电源。该芯片含有两个开关办法电源和一个线性稳压器,选用小型单片封装。降压-升压型转化器可从电池获得功率,以坚持安稳的输出电压 (对这个运用而言设定为 3.6V)。一个独自的降压型转化器可从太阳能电池板获得功率,也将输出电压调理至相同的值。一个内部优先级区别器保证尽或许运用太阳能电源,仅当需求时才会从电池汲取功率 (图 3)。关于其他运用,LTC3330 还支撑 AC 能量搜集电源,例如发生与振荡能量成份额的 AC 电压之压电晶体 (参见图 4)。

  图 3:LTC3330 从太阳能电池板或电池获得功率,主动地设定这两种电源的优先级,以坚持安稳输出电压。一个额定的 LDO 输出由逻辑输入引脚操控,这用来设定温度传感器电源的占空比。LTC3330 发生一个输出符号,以指示正在运用的是太阳能电源仍是电池电源。(SOLAR PANEL:太阳能电池板;BATTERY:电池)

  图 4:LTC3330 能量搜集型 DC/DC 电池寿数延伸器从压电、太阳能或磁性动力搜集能量。

  LTC3330 汲取不到 1A 静态电流,十分适宜这种低功耗无线运用。电源功耗仅占总功耗的一小部分,所以大部分功率可用于“负载” (即温度传感器和无线网络)。

  除了这两个开关办法电源,LTC3330 还含有一个具有独自使能引脚的 LDO。这功用关于这类占空比的运用是很有用。电压基准和热敏电阻器网络用该 LDO 供电。这不只下降了开关噪声,还答应运用切换信号链电源接通和关断,一同坚持无线电模块的电源一直接通。即便无线电模块在两次传输之间不耗费太多功率,可是它有必要一直坚持偏置,以坚持守时器正确运转,这样整个网络就能坚持时刻同步了。无线电模块内的微处理器在恰当的时刻给 LDO 使能引脚排序,使信号链路为读取温度数据做好预备。

  LTC3330 供给一个输出符号 (EH_ON),该符号阐明体系是在由电池仍是太阳能电池板供电。能够实时拜访这一信息对最终用户来说或许很重要。因而,咱们让无线电模块中的微处理器读取这一输出符号,并经过网络与温度数据一同传送这一信息。EH_ON 输出的逻辑电平是关于 LTC3330 的一个内部偏置电压,该偏置电压随作业办法不同而改动,或许高于 4V。咱们不是将这个输出引脚直接衔接到电压较低的无线电模块逻辑输入,而是对其进行分压,然后将其馈送给一个内置的 10 位 ADC,该 ADC 是微处理器的组成部分。在本文状况下,咱们仅将这个 ADC 作为比较器运用,以指示 LTC3330 正在运用哪个电源。

  在这个运用中,LTP5901 履行两种功用:无线网络和内务处理微处理器 (图 5)。当给一个网络办理器邻近的多个 LTP5901 节点加电后,这些节点彼此主动识别,并构成一个无线网格网络。整个网络主动完结时刻同步,这意味着每个无线电模块都仅在十分短的特守时刻间隔内加电。因而,每个节点都能够既发挥传感器信息源的效果,又作为路由节点,以向办理器转发来自其他节点的数据。这样,即便一切节点 (包含路由节点) 都以十分低的功率作业,仍然能够树立一个高度牢靠的低功耗网格网络,每个节点到办理器都有多条通路可用。这种无线电技能典型的节点间传送间隔为 100 米,在有利的野外条件下,间隔乃至能够更长。

  图 5:LTP5901-IPM 仅需求十分少的衔接,就能运转整个运用。一切无线网络功用 (包含固件和 RF 电路) 都现已内置在该模块中。3线 SPI 主器材与 LTC2484 的 SPI 端口通讯。GPIO 引脚 (DP2) 操控传感器电源排序。内置 ADC 充任便当的电平转化器,从 LTC3330 读取能量搜集状况符号 EH_ON。

  LTP5901 含有一个 ARM Cortex-M3 微处理器内核,该内核运转网络软件。此外,这个内核还可经过用户供给的固件来设定,以履行特定于用户运用的使命。因而,无需任何第三方微处理器,就能够完结许多运用。在本文比如中,LTP5901 内部的微处理器经过在适宜的时刻接通和断开 LTC3330 的 LDO 来办理温度传感器的电源排序,以在两次温度读取之间节约功率。LTP5901 直接与 24 位 ADC 的 SPI 端口通讯,该 ADC 读取温度传感器供给的温度值。最终,LTP5901 从 LTC3330 读取电源状况输出符号 (EH_ON),该符号指示用来给电路供电的是太阳能仍是电池。

  无线电模块的功耗能够用凌力尔特在官网在线供给的东西“SmartMesh功率与功用估量器 (SmartMesh Power and Performance Estimator)”来估量。关于一个有 20 个节点 (其间 10个节点以无线办法直接衔接到办理器 (1 跳),别的 10 个节点直接衔接到办理器 (两跳) ) 的典型网络而言,两跳节点的均匀功耗约为 20A,1 跳节点则为 40A。这些数字是在每个节点每 10 秒陈述一次温度数据的状况下得出的。1 跳节点耗费大约两倍功率的原因是,它们不只发送自己的传感器数据,还充任路由节点,转发一些两跳节点的传感器数据。假如封闭一种称为 “Advertising”(宣告) 功用,那么上述功率能够进一步削减两倍。一旦“宣告”功用封闭,网络就不再识别想参加网络的新节点。除了这点不同,封闭广告功用对网络运转没有任何影响。

  完好运用电路的整体功耗视各种不同要素而有所不同,其间包含每个传感器丈量温度的频度以及一切节点在网络中的装备办法。关于一个每 10 秒陈述一次温度数据的传感器节点而言,典型功耗为传感器部分低于 20A,无线A,总的均匀负载电流约为 40A。

  小型 2 英寸 x 2 英寸太阳能电池板 (例如 Amorton 系列) 乃至在相对中等的室内照明条件下 (200 流明),也可发生 40A 电流,而在强光照条件下,则能够发生大得多的电流。这意味着,在许多条件下,这个运用能够彻底依托太阳能电池板电源运转。假如该电路处于黑私自,需求彻底靠电池电源运转,那么一节 2.4Ah AA 电池 (例如 Tadiran XOL 系列) 可给该运用供电差不多7 年。在较低或可变光照条件下,该电路主动在太阳能电源和电池电源之间来回切换,以便尽或许运用太阳能,以延伸电池寿数。