ADI實(shí)驗室電路:低功耗、長(cháng)距離ISM無(wú)線(xiàn)測量節點(diǎn)

理想情況下，無(wú)線(xiàn)測量節點(diǎn)具有低功耗、長(cháng)距離特點(diǎn)，易于與不同傳感器接口。通過(guò)配合使用ADI公司的三款器件，可以實(shí)現平均電流消耗《70 μA、距離接近1 km（無(wú)障礙）、數據速率達到每分鐘一次傳輸的智能測量節點(diǎn)，同時(shí)維持16位ADC性能（見(jiàn)圖1），使電路適合電池供電和自動(dòng)化、遠程檢測等應用。

系統內包含的低功耗溫度測量節點(diǎn)每分鐘喚醒一次，測量溫度并將結果以10 kbps速率發(fā)送到基節點(diǎn)，然后返回睡眠狀態(tài)?；濣c(diǎn)不斷接收來(lái)自測量節點(diǎn)的數據包，并通過(guò)UART將信息發(fā)送到PC，以便在“超級終端”內顯示。

ADuC7060精密模擬微控制器采用低功耗ARM7內核，擁有多種精密模擬功能。由于內置片上多路復用器、數字可編程增益放大器（PGA）、基準電壓源、可編程電流源和24位Σ-Δ型ADC，該器件幾乎可直接連接任何溫度和橋式傳感器。本例中選擇的是4線(xiàn)式Pt100（100 Ω鉑RTD）溫度傳感器。有關(guān)測量電路的詳情請參閱應用筆記應用筆記 AN-0970

本應用選擇的無(wú)線(xiàn)頻段是低于1GHz的免執照ISM（工業(yè)、科研和醫用）頻段。 ADF7021 收發(fā)器支持431 MHz至478 MHz及862 MHz至956 MHz范圍內的頻段，因此是必然選擇。該低功耗收發(fā)器所需的外部元件極少，可以輕松連接ADuC7060精密模擬微控制器，性能卓越。

ADP121 穩壓器利用兩節1.5 V電池提供2.5 V電源電壓。該穩壓器的極低靜態(tài)電流（無(wú)負載時(shí)為11 μA）對盡可能延長(cháng)電池壽命至關(guān)重要。

圖1. 低功耗遠程ISM無(wú)線(xiàn)測量節點(diǎn)（簡(jiǎn)化示意圖：未顯示去耦和所有連接）

電路描述

連接 ADF7020 ISM收發(fā)器和ADuC7060精密微控制器的是兩條總線(xiàn)。兩者均為串行雙向總線(xiàn)：其中一條總線(xiàn)負責配置收發(fā)器，需要四個(gè)微處理器端口；另一條總線(xiàn)是數據總線(xiàn)，用于在控制器與收發(fā)器之間傳輸數據，該總線(xiàn)至少需要三個(gè)微處理器端口。在該應用中，使用的是兩個(gè)端口，而非具有兩個(gè)中斷的單個(gè)雙向端口。這樣雖然簡(jiǎn)化了軟件，但必須使用額外的二極管和電阻器，以分離輸入和輸出數據流。兩個(gè)肖特基二極管的并聯(lián)組合確保了低于200 mV的邏輯低電平。在相同封裝中BAT54C有兩個(gè)二極管（連接引腳1和引腳2從而得到并聯(lián)配置）。ADuC7060上的所有數字端口均具有可編程上拉電阻；但也需要外部上拉電阻。對于10 kbps的數據速率，4.7 kΩ的電阻效果不錯。

電路汲取的總電流取決于三個(gè)因素：個(gè)別元件在睡眠和活動(dòng)模式中的要求、系統活動(dòng)的時(shí)間以及收發(fā)器本身活動(dòng)的時(shí)間。

第一個(gè)因素通過(guò)選擇低功耗元件來(lái)解決，例如ADuC7060和ADF7020。第二個(gè)因素即最大程度地減少系統活動(dòng)，可通過(guò)讓系統盡可能長(cháng)地處于非活動(dòng)狀態(tài)來(lái)實(shí)現?？梢钥紤]在整數與浮點(diǎn)算法間進(jìn)行折衷，許多情況下整數就足夠了，其執行時(shí)間更短，因此更省電。最后一個(gè)因素即縮短傳送時(shí)間，可部分通過(guò)使用開(kāi)銷(xiāo)最小的協(xié)議實(shí)現，但更主要的是使用ADF7020，該器件具有極高的接收器靈敏度和出色的帶外抑制性能，最大程度地提高數據包含有正確數據的概率。

代碼說(shuō)明－概述

系統大部分時(shí)間處于深度睡眠模式中，功耗為50 μA至60 μA（取決于環(huán)境溫度）。定時(shí)器2每秒將系統喚醒一次。每60秒執行一次ADC測量，將結果線(xiàn)性化并發(fā)送出去。定時(shí)器2可將系統從深度睡眠中喚醒；其他三個(gè)定時(shí)器無(wú)此功能。定時(shí)器2是16位器件，表示它采用32 kHz時(shí)鐘運行時(shí)每秒喚醒一次（睡眠模式內）。啟動(dòng)ADC后，系統進(jìn)入暫停模式（參見(jiàn)ADuC7060數據手冊）。這也是一個(gè)低功耗模式，盡管未低至深度睡眠水平。完成后ADC將系統喚醒。根據ADC結果計算溫度值，將數據打包后發(fā)送。

打包其實(shí)就是將適當數據放置在緩沖器內。此時(shí)數據包含一個(gè)4字節浮點(diǎn)溫度值和一個(gè)2字節CRC（循環(huán)冗余校驗）。在更復雜的系統中，該數據之前還會(huì )添加節點(diǎn)地址標頭、接收信號強度和其他信息。在將該緩沖數據發(fā)送至ADF7020收發(fā)器前，先發(fā)送一個(gè)8字節前導碼（用于幫助同步接收節點(diǎn)）和一個(gè)3字節同步字。后者是一個(gè)唯一的3字節數字，接收節點(diǎn)在接收數據包前會(huì )進(jìn)行匹配檢查。