電機溫度監測系統低功耗無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)模塊設計

摘要：提出了一種用于電機溫度監測系統的無(wú)線(xiàn)數據收發(fā)節點(diǎn)模塊設計方案，利用LPC1114的省電耗模式配合Si4432集成芯片實(shí)現無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的低功耗。另外，針對模塊硬件實(shí)現RF前端高頻電路設計和前期仿真做出詳細說(shuō)明，模塊的RF性能指標分別做了測試，分析了本模塊的耗能數據，可以滿(mǎn)足大部分的低功耗、低速率、高靈敏度的實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)數據傳輸需求，本模塊已經(jīng)可靠、穩定地應用于系統中。
關(guān)鍵詞：低功耗；Cortex-M0內核；無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊；Si4432；電機溫度監測

電機在長(cháng)期高速運轉的情況下會(huì )產(chǎn)生大量熱量，引起主要部件的溫度升高，出現電機燒毀現象，像動(dòng)車(chē)組列車(chē)牽引電機，可能會(huì )帶來(lái)嚴重的安全隱患，由于大部分電機的特殊結構，傳統的紅外軸溫監測系統，無(wú)法檢測到電機的溫度。實(shí)時(shí)測量電機的溫度，防止電機過(guò)熱產(chǎn)生故障是設計系統的目標。本文提出的溫度檢測系統利用內嵌Cortex-M0內核的低成本、低功耗MCU把溫度傳感器采集到的溫度數據通過(guò)高集成度、低功耗的射頻芯片發(fā)送到監控中心實(shí)現。

1 模塊結構與硬件設計方案
1．1 無(wú)線(xiàn)模塊方案
本系統網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)由數據采集、處理、傳輸和電源4個(gè)主要部分組成。傳感探測單元由傳感器進(jìn)行監測區域內待測對象的信息采集，選用DS18B20芯片；微控制單元實(shí)現數據的分析、處理和存儲等功能，選用NXP提供的內嵌Cortex-M0核的LPC1114；無(wú)線(xiàn)傳輸單元負責低功耗短距離節點(diǎn)間通信，選用Silicon Labs提供的Si4432芯片；供電單元選取小型化、高容量的電池，以確保節點(diǎn)的長(cháng)壽命和微型化。
本節點(diǎn)模塊硬件結構如圖1所示。

1．2 模塊硬件實(shí)現
其中溫度傳感器通過(guò)一線(xiàn)數據接口把檢測到的溫度數據通過(guò)MCU的GPIO口傳送過(guò)去，MCU通過(guò)增強型SPI接口對Si4432進(jìn)行內部寄存器讀寫(xiě)，可以靈活配置各項參數。另外通過(guò)四線(xiàn)SPI接口，即MOSI，MISO，SCLK和nSEL。其中MOSI用于從LPC1114到Si4432的串行數據傳輸；MISO用于從Si4432到LPC1114的串行數據傳輸；SCLK用于同步LPC1114和Si4432之間在MOSI和MISO線(xiàn)上的串行數據傳輸；nSEL作為片選信號，只有片選信號為低電平時(shí)，對Si4432的操作才有效，具體的硬件電路設計參考Silicon Labs提供的應用手冊，電路中提供的接收低噪聲放大器匹配電路和發(fā)射功率放大器匹配電路的阻容參數，可以使Si4432達到較好的通信效果，通過(guò)ADS對RF前端的LP filter電路進(jìn)行仿真，其S參數仿真如圖2所示，可以看出在其240～960 MHz通頻段內，具有很小的回波損耗。