CN0298 電池供電型無線風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

CN0298 數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率可更改為任意值，比如每分鐘一次，而非每10秒一次。這對總功耗的影響很大。另一個可以改變的參數(shù)是傳輸數(shù)據(jù)的速率。一般采用300 kbps，但也可采用38.4 kbps和1 kbps。使用較低數(shù)據(jù)速率的優(yōu)勢，是在相同的輸出功率情況下可傳輸更遠的距離。劣勢是，傳輸所需時間更長，從而增加了總功耗。如需不同的頻率，可使用EV-ADuCRF101MK1Z板。該評估板可設(shè)置為在862 MHz和928 MHz頻段內(nèi)的任意頻率下工作。 本應(yīng)用中可以使用的其他替代器件是集成微控制器的ADF7023UHF收發(fā)器。這些器件配合使用可實現(xiàn)ADuCRF101的相同功能；然而，這樣做會增加復(fù)雜程度。 設(shè)備要求 需要以下設(shè)備: EV-ADuCRF101MK3Z評估板、433 MHz天線以及軟件。 各兩個：USB-SWD/UART-EMUZ轉(zhuǎn)換器板，帶J-Link Lite仿真器。 該板作為EV-ADuCRF101QS3Z快速入門套件的一部分提供。 無源風(fēng)速計(比如Davis Instruments產(chǎn)品)。 PC(Windows? 32位或64位) 設(shè)置 電路設(shè)置按照下列順序: 將風(fēng)速計與EV-ADuCRF101MK3Z評估板相連。如圖1所示進行連接?？芍苯油ㄟ^電纜連接至評估板的邊沿過孔，或者通過安裝了評估板的母板連接。 EV-ADuCRF101MK3Z隨后收集并傳送風(fēng)速計數(shù)據(jù)(Tx板)。 然后，將USB-SWD/UART-EMUZ板連接至Tx板，以便讓代碼下載至器件中。代碼包含在評估板套件隨附的DVD內(nèi)。將anemometer_transmit.c代碼下載至器件中。通過J-Link Lite仿真器完成代碼下載。有關(guān)如何從DVD下載代碼至器件的詳細說明，請參見評估板用戶指南。該代碼將P0.7設(shè)為中斷、設(shè)置ADC1通道，并如圖2所示執(zhí)行。 將USB-SWD/UART-EMUZ連接至第二EV-ADu-CRF101MK3Z，以便下載anemometer_receive.c代碼。該代碼將評估板EV-ADuCRF101MK3Z設(shè)為接收器模式(Rx評估板)，并在UART端收到數(shù)據(jù)后輸出風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。 Rx板的圖形用戶界面(GUI)可安裝在PC上，以便查看風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。執(zhí)行anemometer_Demo.exe文件以便安裝GUI，確認(rèn)出現(xiàn)的所有對話框直至完成安裝。 如圖2中的流程圖所示，Tx板每10秒鐘發(fā)送一次可用數(shù)據(jù)。如果P0.7上沒有中斷事件(即無風(fēng))，則不傳輸數(shù)據(jù)。Rx板即時接收數(shù)據(jù)，并通過UART-to-USB轉(zhuǎn)換器板將數(shù)據(jù)輸出至PC上運行的GUI。 功能框圖 測試配置的功能框圖如圖4所示 。 測試 需要設(shè)置COM端口以及連接GUI與接收器板的波特率。波特率固定為19,200 kbps，COM端口號必須根據(jù)USB電纜使用的編號正確設(shè)置。隨著新數(shù)據(jù)到達，GUI連續(xù)更新；目前，它在較長時間內(nèi)無數(shù)據(jù)到達的情況下不會自動清零。注意，若要最大程度降低Tx板上的功耗，則應(yīng)移除LK1；這樣做可關(guān)斷紅色LED，從而降低功耗。? UG-480 用戶指南 用戶指南提供了有關(guān)如何使用、編程、調(diào)試和評估ADuCRF101評估板的詳細說明。該用戶指南描述了評估板的一切特性，包括接口方式。它還包含完整的物料清單(BOM)以及評估板原理圖。 UG-231 用戶指南 是一份內(nèi)容詳實的參考文檔，提供有關(guān)ADuCRF101的功能與特性資料。該用戶指南詳細說明了如何配置并使用器件的一切功能，包括本應(yīng)用涉及的功能(即定時器、休眠模式、ADC、中斷和收發(fā)器操作)。 ? 圖4. 評估和測試設(shè)置 ? 圖1中的電路包含EV-ADuCRF101MK3Z評估板，該評估板集成ADuCRF101，是全集成式無線數(shù)據(jù)采集解決方案。ADuCRF101可用來收集來自風(fēng)速計的風(fēng)速和風(fēng)向信息，并將這些信息無線傳輸?shù)搅硪粋€配置為接收模式的ADuCRF101。 EV-ADuCRF101MK3Z經(jīng)過優(yōu)化，用于431 MHz至464 MHzISM頻段。該評估板允許通過板卡邊沿上的通孔輕松訪問ADuCRF101。有關(guān)EV-ADuCRF101MK3Z的更多信息，請參見UG-231用戶指南。本應(yīng)用中，評估板與風(fēng)速計對接。風(fēng)速計可通過電纜或適配器板連接(圖1)。使用3 V CR2032鋰電池為評估板供電。 典型無源風(fēng)速計的風(fēng)速部分由舌簧開關(guān)組成，此開關(guān)可隨磁體在其上通過而進行開關(guān)動作。磁體附著在風(fēng)速計風(fēng)扇軸承上；因此，隨著風(fēng)吹動風(fēng)扇，磁體周期性地在開關(guān)上移動，每次路過開關(guān)就對其進行切換。開關(guān)連接GND引腳和印刷電路板(PCB)的P0.7。風(fēng)扇每轉(zhuǎn)一次就完成一次開關(guān)操作，在P0.7上產(chǎn)生一個脈沖，用作中斷信號。本例中，P0.7分配為IRQ3。兩次脈沖之間的時間用來計算風(fēng)速。使用了32位喚醒定時器。該定時器采用ADuCRF101的內(nèi)部32 kHzLFOSC時鐘以及數(shù)值為1的預(yù)分頻器。使用喚醒定時器的主要原因是它在休眠模式下處于活躍狀態(tài)，而通用定時器卻不會處于活躍狀態(tài)。因此，哪怕器件處于低功耗休眠模式，中斷時序也是連續(xù)的。 無源風(fēng)速計的風(fēng)向部分通常由電位計連接風(fēng)向標(biāo)組成。若風(fēng)向標(biāo)的方向發(fā)生改變，則電位計數(shù)值也會變化。電位計的游標(biāo)連接ADC1引腳，電位計的其余兩個接線分別接至低壓1.8 V LDO LVDD1引腳和P3.4引腳。連接P3.4引腳而非直接接地可讓P3.4選擇(通過內(nèi)部開關(guān))接地或完全斷開。ADC轉(zhuǎn)換之后，將P3.4與地斷開連接可降低功耗。由軟件驅(qū)動決定P3.4接地還是斷開接地連接。關(guān)于該配置的更多詳情，請參見UG-231用戶指南的“A D C電路”部分。 圖2顯示了軟件控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的流程圖。經(jīng)過中斷和定時器設(shè)置階段后，ADuCRF101切換至休眠模式。接收到兩次風(fēng)速中斷后，ADuCRF101進入靈活模式，Cortex-M3變?yōu)橛行?。根?jù)喚醒定時器數(shù)值計算風(fēng)速。下一步，配置ADC并計算風(fēng)向。隨后，將ADuCRF101再次置于低功耗休眠模式。經(jīng)過10秒且發(fā)生兩次風(fēng)速中斷后，ADuCRF101在靈活模式下喚醒。收發(fā)器被喚醒，并傳送速度和方向數(shù)據(jù)。傳輸完成后，將其再次置于休眠模式。最后，ADuCRF101返回休眠模式。就本電路而言，發(fā)送器設(shè)置為以300 kbps的最大速度傳送，頻率偏差為75 kHz。為了節(jié)能，可使用最高的傳輸數(shù)據(jù)速率. 圖2. 無線數(shù)據(jù)采集軟件流程圖 ? 圖3顯示了功耗與單個數(shù)據(jù)傳輸序列時間的關(guān)系。本電路中，在最大功率(10 dBm)條件下使用差分功率放大器(PA)。工作頻率設(shè)為433 MHz。在10 dBm輸出功率下，PA功耗為21 mA左右 圖3. 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一次傳輸序列的功耗 ? 收發(fā)器在最大功率條件下的傳送時間由于采用了ADuCRF101的300 kbps最大傳輸速率而得以最小化。通過降低PA輸出功率，可進一步降低功耗。最優(yōu)PA輸出功率取決于應(yīng)用要求的傳輸距離。由圖3可知，10秒周期內(nèi)單次傳輸序列的平均功率為22 μA。這表示CR2032鋰電池使用時間約為1.2年?，F(xiàn)實中，電池的使用時間可能更長，因為本例假設(shè)每10秒傳輸一次，且未將無風(fēng)(從而無傳輸)的情況考慮在內(nèi)。 CN0298 電池供電型無線風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 圖1中的電路是一個電池供電型精密模擬微控制器電路，集成一個RF ISM頻段收發(fā)器，用來傳輸從無源風(fēng)速計測得的風(fēng)速和風(fēng)向。在該圖所示應(yīng)用中，片內(nèi)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和喚醒定時器分別用來獲取風(fēng)向和風(fēng)速。低功耗休眠模式可用來節(jié)省電能，這對于無線分布式檢測應(yīng)用而言很重要。在休眠模式下，ADuCRF101標(biāo)稱功耗為1.9 A，可實現(xiàn)較長的電池使用時間。在該模式下工作時，采用單個CR2032鋰離子電池可持續(xù)工作1至2年。 圖1. 無線風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能框圖(簡化原理圖：未顯示所有連接和去耦) ? ADuCRF101為針對低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用提供全集成式解決方案。ADuCRF101集成一個12位ADC、一個低功耗Cortex?-M3內(nèi)核(ARM?產(chǎn)品)、一個431 MHz至464 MHz和862 MHz至928 MHz RF ISM頻段收發(fā)器，以及Flash/EE存儲器。該無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專為要求低功耗工作的電池供電應(yīng)用而設(shè)計。該器件可以通過直接編程控制配置為正常工作模式或不同的低功耗模式。在靈活模式下，任何外設(shè)都可以工作并喚醒該器件；在休眠模式下，內(nèi)部喚醒定時器保持活動狀態(tài)。在關(guān)斷模式下，只有外部中斷可以喚醒該器件。 在圖1所示應(yīng)用中，12位ADC和喚醒定時器分別用來獲取風(fēng)向和風(fēng)速?？墒褂玫凸男菝吣Ｊ絹砉?jié)省電能。在休眠模式下ADuCRF101標(biāo)稱功耗為1.9 μA，可實現(xiàn)較長的電池使用時間。ADuCRF101的功能以及9 mm × 9 mm小尺寸封裝使其成為該應(yīng)用以及其他無線數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中易于使用且性價比較高的解決方案。 CN0298 CN0298 | circuit note and reference circuit info A Battery Powered Wireless Wind Speed and Wind Direction Data Acquisition System | Analog Devices

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