Беспроводной датчик с питанием от солнечной батареи: типовой проект от Texas Instruments

18 августа 2016

учёт ресурсовинтернет вещейTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемыисточники питаниябеспроводные технологиидатчикидискретные полупроводникисредства разработки и материалыwireless

Texas Instruments представляет пошаговое описание типовой разработки – интегрированного в беспроводную сеть датчика контроля окружающей среды, питающегося от солнечной батареи. Использованы интегральные датчики освещения OPT3001, температуры и влажности HDC1000, а также микроконтроллер СС1310 и контроллер управления питанием от солнечной батареи bq25505.

Проект TIDA-00488 компании Texas Instruments (TI) демонстрирует способ построения датчика контроля окружающей среды для беспроводной сети субгигагерцевого диапазона со сверхнизким потреблением энергии, питанием от возобновляемого источника энергии (солнечного света) и длительной работой от резервной батареи. Данный проект использует технологию Texas Instruments, позволяющую осуществлять управление электропитанием от низкоэнергетичных источников, и включает в состав микроконтроллер (МК) с поддержкой беспроводной сети субгигагерцевого диапазона SimpleLink™ и сверхнизким потреблением энергии, а также датчики контроля освещенности, влажности и температуры окружающей среды.

Основные характеристики системы:

  • непрерывный режим работы с питанием от солнечной энергии;
  • переключение в режим работы по прерываниям при низком уровне естественной освещенности в помещении;
  • длительное время автономной работы от резервной батареи (до 10 лет) в режиме работы по прерываниям;
  • контроль уровня освещенности в здании для оптимального управления системой освещения;
  • контроль температуры и относительной влажности в здании.

Возможные применения:

  • интеллектуальные системы освещения;
  • системы электропитания с использованием дневного света;
  • датчики контроля параметров окружающей среды;
  • беспроводные датчики;
  • Интернет вещей (IoT);
  • датчики систем вентиляции и кондиционирования;
  • автоматизированные системы управления инженерным оборудованием зданий.

Описание системы

Современные системы промышленной автоматики, автоматизированные системы управления инженерным оборудованием зданий, а также Интернет вещей (IoT) требуют значительного количества беспроводных датчиков. При добавлении в беспроводную сеть датчиков, установленных в оконечных узлах сети, двумя основными ограничениями являются их энергопотребление и организация подачи питания. Типичные датчики оконечных узлов сети рассчитаны на питание от батарей и могут функционировать, в зависимости от потребляемой мощности, от нескольких месяцев до нескольких лет. Частая замена батарей может значительно увеличить стоимость системы, поэтому для длительного срока службы батарей необходимо обеспечить низкое энергопотребление узлового датчика сети. В системах автоматизации зданий часто требуется и наличие датчиков освещенности для отслеживания уровней естественного освещения в здании.

При рациональном мониторинге уровня естественного освещения можно уменьшить влияние таких эффектов как выход солнца из облаков и снижение уровня естественной освещенности в облачную погоду и в ночное время. Управление освещением может осуществляться автоматическими жалюзи или регулировкой уровня искусственного освещения (рисунок 1).

Рис. 1. Датчик освещенности в составе автоматизированной системы управления зданиями

Рис. 1. Датчик освещенности в составе автоматизированной системы управления зданиями

Основной компромисс при проектировании беспроводных датчиков состоит в выборе между продолжительностью автономной работы системы и периодичностью сбора данных от датчиков сети. Если требуются частые (1…10 с) сбор и передача данных, необходимо либо использование батарей большой емкости, либо их частая замена.

Проект TIDA-00488 компании TI представляет собой пример разработки датчика беспроводной сети субгигагерцевого диапазона с питанием от энергии дневного света, что позволяет достичь длительной автономной работы в режиме непрерывной передачи данных.

Режим непрерывной передачи данных с использованием энергии дневного света

Для достижения максимальной производительности системы данные уровня освещенности и другие параметры окружающей среды необходимо передавать центральному контроллеру здания с относительно высокой частотой (с периодичностью 1…20 с), что может привести к снижению продолжительности автономной работы системы. Преодолеть это ограничение позволяет использование, в дополнение к батарейному питанию, энергии дневного света.

Солнечная батарея преобразует энергию солнечного света в электрическую энергию, а устройство управления питанием осуществляет накопление энергии солнечного света в буферном конденсаторе большой емкости, и при достаточной величине аккумулированного заряда система переходит на питание от емкостного накопителя энергии. В альтернативном варианте, если накопленного заряда недостаточно, питание системы осуществляется от литиевой батареи CR2032. Устройство управления питанием передает МК беспроводной сети информацию о том, какой из источников питания является активным – солнечная батарея или литиевая. Чтобы избежать преждевременного разряда при работе от батареи, МК проводит измерения и передачу данных менее часто.

Датчик естественного освещения

В проекте TIDA-00488 датчик естественного освещения обеспечивает измерение уровня внешней освещенности в соответствии со спектральной чувствительностью человеческого глаза. Точная информация об уровне освещенности позволяет «умному дому» оптимально контролировать условия окружающей среды для улучшения комфорта жильцов и повышения энергоэффективности здания.

Микросхема OPT3001 производства компании TI идеально подходит для датчиков освещения благодаря линейной характеристике освещенности с типовой погрешностью 2% и подавлению более 99% инфракрасного (ИК) излучения. Кроме того, OPT3001 характеризуется низким энергопотреблением — 1,8 мкА в рабочем режиме и 0,3 мкА в режиме ожидания. Подключение этой микросхемы к МК беспроводной сети реализуется посредством интерфейса I2C.

Датчик температуры и влажности

Влажность и температура, как и уровень освещенности, являются типичными параметрами, измеряемыми в промышленной автоматике и системах автоматизации зданий. Микросхема HDC1000 позволяет получить точные значения влажности и температуры с погрешностями измерения относительной влажности ±3% и температуры ±0,2°. HDC1000 является маломощным устройством со средним током потребления 1,2 мкА в рабочем режиме при частоте измерений в один отсчет в секунду и не более 200 нА в режиме ожидания. Подключение этой микросхемы к МК беспроводной сети реализуется посредством интерфейса I2C.

Малопотребляющий МК беспроводной сети CC1310

Описание МК CC1310 можно найти в статье [2], а также по ссылкам на Интернет-странице проекта [1].

Контроллер управления питанием с накоплением энергии дневного света

Использование энергии дневного света позволяет устранить необходимость частой замены батарей, сохраняя при этом высокую частоту измерений и передачи данных. Однако для эффективного использования энергии дневного света необходимо интеллектуальное устройство управления питанием, так как солнечные батареи, как правило, имеют высокой выходной импеданс и низкое выходное напряжение, что не позволяет использовать их непосредственно для питания датчиков.

Микросхема bq25505 специально разработана компанией TI для эффективного отбора мощности в диапазоне от единиц мкВт до единиц мВт от высокоимпедансных солнечных батарей без их перегрузки. Накопленная энергия хранится в керамическом конденсаторе 1200 мкФ. При недостаточном уровне естественного освещения bq25505 переключает питание датчика на резервную литиевую батарею CR2032.

Пользовательские функции bq25505 предусматривают установку напряжения емкостного накопителя, при котором bq25505 коммутирует нагрузку между двумя источниками энергии, а также настройку режима работы встроенного контроллера MPPT* для оптимизации отбора мощности, вырабатываемой солнечной батареей.

Низкоомный ключ коммутации нагрузки

Подключение питания датчика беспроводной сети к резервной батарее или к емкостному накопителю осуществляется низкоомными ключами. Поскольку нагрузка всегда подключена через один из ключей либо к емкостному накопителю, либо к резервной батарее, сопротивление ключа в открытом состоянии является критическим параметром, учет которого позволяет исключить избыточные потери мощности, уменьшающие продолжительность работы системы. В проекте TIDA-00488 в качестве ключа, переключающего питание МК и датчиков между двумя источниками энергии, выбран сдвоенный p-канальный полевой транзистор CSD75208W1015 с сопротивлением «сток-сток» 120 мОм.

Литиевая батарея

В проекте TIDA-00488 в качестве резервной батареи использован широко распространенный малогабаритный литиевый элемент CR2032. Выходное напряжение CR2032 имеет практически идеальную характеристику, оставаясь почти постоянным вплоть до глубокого разряда батареи.

Температурные характеристики литий-ионных батарей лучше по сравнению со щелочными элементами, однако диапазон рабочих температур CR2032 -30…60°C накладывает более жесткие ограничения по сравнению с другими компонентами системы.

Последовательно с батареей включен диод Шоттки, предотвращающий повреждение других компонентов в случае подключения батареи в обратной полярности. Параллельно батарее подключен буферный конденсатор, обеспечивающий запас энергии, необходимый для предотвращения «просадки» напряжения при повышенном потреблении тока во время передачи данных по радиоканалу.

Солнечная батарея

В качестве источника солнечной энергии в данном проекте компанией TI выбрана высокоэффективная солнечная батарея IXYS IXOLAR ™ SolarBIT (артикул KXOB22-12X1L), что обусловлено монокристаллической структурой батареи, малыми размерами – 0,7х2,2 см на ячейку, номинальным напряжением разомкнутой цепи 0,63 В и большим значением тока короткого замыкания — 50 мА. Данная солнечная батарея чувствительна к широкому диапазону длин волн электромагнитного излучения, что позволяет использовать ее при достаточном уровне освещенности как внутри помещений, так и снаружи.

Структурные схемы датчика беспроводной сети и его основных функциональных узлов

Структурная схема датчика беспроводной сети показана на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема датчика беспроводной сети субгигагерцевого диапазона

Рис. 2. Структурная схема датчика беспроводной сети субгигагерцевого диапазона

Основными функциональными узлами датчика являются следующие устройства:

  • bq25505 — микромощный контроллер управления питанием с зарядным устройством на основе повышающего преобразователя и встроенным коммутатором нагрузки;
  • CC1310 — малопотребляющий МК беспроводной сети SimpleLink;
  • OPT3001 — цифровой датчик освещенности;
  • HDC1000 — цифровой датчик влажности и температуры с низким энергопотреблением;
  • CSD75208W1015 — сдвоенный p-канальный МОП-транзистор.

Для получения дополнительной информации по каждому из этих устройств, можно обратиться к соответствующему разделу Интернет-страницы www.ti.com.

Структурные схемы bq25505, OPT3001 и HDC1000 показаны, соответственно, на рисунках 3, 4 и 5.

Рис. 3. Структурная схема bq25505

Рис. 3. Структурная схема bq25505

Рис. 4. Структурная схема датчика освещения OPT3001

Рис. 4. Структурная схема датчика освещения OPT3001

Рис. 5. Структурная схема датчика влажности и температуры HDC1000

Рис. 5. Структурная схема датчика влажности и температуры HDC1000

Основные характеристики bq25505:

  • зарядное устройство на основе повышающего преобразователя с высоким КПД;
  • холодный старт при входном напряжении VIN ≥ 330 мВ;
  • возможность накопления энергии от первичных источников с напряжением от 100 мВ;
  • встроенный контроллер отслеживания точки максимального отбора мощности (MPPT);
  • сверхнизкий ток потребления: 325 нА;
  • ток потребления с выключенным преобразователем: не более 5 нА;
  • регулирование входного напряжения для предотвращения перегрузки высокоимпедансных источников энергии;
  • возможность использования в качестве накопителей энергии аккумуляторов различных типов или конденсаторов.

Встроенная в bq25505 функция обслуживания аккумулятора предотвращает перезаряд и глубокий разряд аккумулятора. Встроенный коммутатор автоматически переключает нагрузку на питание от батареи при падении напряжения аккумулятора ниже заданного пользователем порога VBAT_OK.

Основные характеристики OPT3001:

  • прецизионная оптическая фильтрация, соответствующая спектральной чувствительности человеческого глаза;
  • подавление не менее 99% ИК-излучения;
  • диапазон измерения уровней освещенности: 0,01…83000 лк;
  • ток потребления в рабочем режиме: 1,8 мкА.

Основные характеристики HDC1000:

  • измерение относительной влажности воздуха в диапазоне 0…100%;
  • погрешность измерения влажности: ±3%;
  • погрешность измерения температуры: ±0,2°C;
  • ток, потребляемый в режиме ожидания: 200 нА;
  • ток, потребляемый во время измерения влажности и температуры: 1,2 мкА.

Работа с платой датчика TIDA-00488

Рис. 6. Алгоритм работы программы датчика беспроводной сети

Рис. 6. Алгоритм работы программы датчика беспроводной сети

Встроенное программное обеспечение платы TIDA-00488 предназначено для режима непрерывной передачи, при котором пакеты данных передаются через заданные промежутки времени. Алгоритм работы программы показан на рисунке 6.

В начале работы МК CC1310 осуществляет инициализацию периферии и портов ввода-вывода. Далее запускается бесконечный цикл измерения и передачи данных, в начале которого МК CC1310 определяет, от какого источника осуществляется питание платы датчика. При питании от солнечной батареи используется короткий интервал времени опроса 15 с, а при питании от литиевой батареи — длинный интервал времени 60 с, что позволяет увеличить срок службы аккумулятора. Затем МК CC1310 запускает преобразование в датчиках OPT3001 и HDC1000. Поскольку HDC1000 требует более высокого рабочего напряжения по сравнению с OPT3001 и CC1310, в алгоритме предусмотрен этап проверки возможности HDC1000 работать при пониженном напряжении питания. Если напряжение питания слишком низкое для активного режима работы HDC1000 – преобразование прерывается, и при передаче результатов измерения влажности и температуры используются фиктивные данные.

Во время преобразования данных в датчиках OPT3001 и HDC1000 МК CC1310 находится в режиме ожидания, из которого он переходит в активный режим по сигналам готовности данных HDC1000 или OPT3001. Прочитав результаты измерений температуры, влажности и уровня освещенности, МК CC1310 передает пакет данных по радиоканалу. При этом для HDC1000 и OPT3001 не требуется никаких дополнительных команд, так как эти датчики автоматически переходят в режим пониженного энергопотребления по окончании преобразования. После передачи данных МК CC1310 переходит в режим ожидания до следующего цикла измерения, запуск которого осуществляется по срабатыванию таймера.

Электрические принципиальные схемы платы датчика беспроводной сети с питанием от энергии солнечного света показаны на рисунках 7 и 8.

Рис. 7. Электрическая принципиальная схема платы датчика беспроводной сети (накопитель энергии)

Рис. 7. Электрическая принципиальная схема платы датчика беспроводной сети (накопитель энергии)

Рис. 8. Электрическая принципиальная схема платы датчика беспроводной сети (радио, датчики освещенности, влажности и температуры)

Рис. 8. Электрическая принципиальная схема платы датчика беспроводной сети (радио, датчики освещенности, влажности и температуры)

Обзор аппаратных средств датчика беспроводной сети

На рисунке 9 показан внешний вид платы датчика беспроводной сети субгигагерцевого диапазона с контролем параметров окружающей среды и питанием от энергии солнечного света. Печатная плата прямоугольной формы имеет размеры 2,0х3,0” и поставляется в комплекте с нейлоновыми стойками диаметром 0,5”, упрощающими работу с ней при проведении испытаний в лабораторных условиях.

Рис. 9. Плата датчика беспроводной сети субгигагерцевого диапазона

Рис. 9. Плата датчика беспроводной сети субгигагерцевого диапазона

Для работы контроллера в режиме заряда емкостного накопителя от солнечных батарей замкните накоротко разъем J1. При недостаточном уровне естественного освещения переключите питание на литиевую батарею путем замыкания контактов 1 и 2 разъема J4. Для подключения выхода питания bq25505 к цепям питания датчиков и МК замкните перемычкой контакты 3 и 4 разъема J4.

Загрузка программного обеспечения

Встроенное программное обеспечение МК проекта TIDA-00488 было разработано с использованием интегрированной среды разработки (ИСР) Code Composer Studio компании TI (версия 6.1.0). Более подробную информацию по программированию МК CC1310 можно найти в статье [2], а также по ссылкам на Интернет-странице проекта [1].

Установка режимов работы bq25505 осуществляется внешними делителями напряжения, поэтому никаких программных настроек контроллера управления питанием не требуется. Для питания платы необходимо напряжение 3,0 В, которое можно снять с контакта 3 разъема J4.

Аппаратные средства данного проекта TI программируются путем подключения 10-проводного плоского шлейфа от разъема J7 к 10-контактному разъему ARM Cortex Debug Connector, P418 оценочной платы SmartRF06 (рисунок 10).

Рис. 10. Подключение оценочной платы SmartRF06 к плате TIDA-00488 для программирования и отладки

Рис. 10. Подключение оценочной платы SmartRF06 к плате TIDA-00488 для программирования
и отладки

Для работы с проектом TIDA-00488 можно использовать две разные программы мониторинга параметров окружающей среды и передачи данных, одна из которых предназначена для непрерывного режима работы, а другая – для работы в режиме прерываний.

Прием пакетов данных

Плата TIDA-00488 измеряет уровень естественной освещенности, относительную влажность и температуру посредством датчиков OPT3001 и HDC1000 соответственно. МК CC1310 передает эти данные в виде пакетов по однонаправленному радиоканалу. Пакеты состоят из двух байтов идентификатора платы TI, двух байтов данных об относительной влажности, двух байтов данных о температуре и двух байтов данных об уровне освещенности

Перехват трафика беспроводных субгигагерцевых сетей автоматизированных систем управления зданиями

Существует два способа просмотра переданного пакета с целью проверки правильности передачи данных по радиоканалу. Первый способ основан на перехвате трафика с помощью оценочной платы SmartRF06 с радиоканалом, выполненным на CC13xxEM (рисунок 11). Программа перехвата трафика обрабатывает полученный пакет и отображает шесть последних принятых значений на ЖК-экране. Если для тестирования или снятия характеристик системы необходимо большее число данных – следует использовать второй способ.

Рис. 11. Программа перехвата трафика запускается на оценочной плате SmartRF06 с радиокана- лом CC13xxEM

Рис. 11. Программа перехвата трафика запускается на оценочной плате SmartRF06 с радиоканалом CC13xxEM

Для получения дополнительной информации о графическом интерфейсе программы перехвата трафика необходимо загрузить и установить пакет программного обеспечения “Building Automation Sub-1GHz Sniffer”, доступный в разделе программной поддержки проекта [1].

Второй способ перехвата трафика основан на использовании беспроводного USB-адаптера CC1111 USB EVM Kit 868/915 МГц и программы SmartRF™ Protocol Packet Sniffer. Данные отображаются на экране в исходном виде, однако поток данных может быть подвергнут последующей обработке и использован для тестирования и определения характеристик системы. После установки программы анализа пакетов (версии 2.18.1 на момент написания статьи) процедура обнаружения передаваемых данных выглядит следующим образом:

  • Подключите USB-адаптер CC1111 в свободный USB-порт компьютера с установленной на нем программой перехвата трафика.
  • Запустите программу анализа пакетов, выберите протокол “Generic” и нажмите кнопку Start (рисунок 12).
  • Настройте CC1111 для отображения пакетов данных. Выберите вкладку “Radio Configuration” («конфигурация радиоканала»). Нажмите на кнопку «Browse…», находящуюся под вкладкой “Register settings” («настройки регистров»). Откройте файл TIDA-00488_CC1111.prs. Выделите и дважды щелкните по «Tida-00488_CC1111», чтобы применить настройки регистров, показанные на рисунке 13.

Рис. 12. . Окно запуска программы перехвата трафика

Рис. 12. Окно запуска программы перехвата трафика

Рис. 13. Окно конфигурации радиоканала и отображения данных

Рис. 13. Окно конфигурации радиоканала и отображения данных

Примечание: Если ожидаются длительные интервалы времени между приемом данных – увеличьте размер буфера данных в программе перехвата трафика для предотвращения возможных сбоев. Для этого откройте меню “Settings” («настройки») и нажмите на ссылку «Cache buffer size…» («размер буфера»).

  • Для запуска процесса перехвата пакетов нажмите кнопку “Play” на верхней панели окна программы.
  • Программа анализа пакетов данных может обнаружить большое количество различных пакетов. Примените фильтр для просмотра только достоверных пакетов данных.
  • В поле “Field Name”, выберите «FCS» из выпадающего списка. Нажмите на кнопку «First». Измените настройки фильтра так, чтобы показывать только пакеты с отметкой «OK», введя «FCS = OK» в поле “Filter condition”, далее нажмите кнопку “Add”, а затем – кнопку «Apply». На рисунках 14 и 15 показаны примеры окон просмотра неотфильтрованных и отфильтрованных данных.
  • Для экспорта перехваченных отфильтрованных пакетов нажмите на кнопку “Save the current session” («сохранить текущий сеанс») на панели инструментов (значок с изображением дискеты) или приостановите перехват пакетов и нажмите File → Save data… из контекстного меню файла. В обоих случаях программа предложит сохранить отображаемые данные как пакет данных перехвата (файл с расширением .psd).
  • Используйте программу редактора шестнадцатеричных чисел, например HexEdit [3], для отображения данных из файла .psd в удобочитаемом виде.
  • Откройте файл .psd в программе HexEdit, нажмите Tools → Options. В окне “Options” программы HexEdit нажмите Document → Display и измените значение “Columns” («столбцы») на «2066». Нажмите Edit → Select All и Edit → Copy As Hex Text. Откройте текстовый редактор (например, Блокнот), вставьте шестнадцатеричные числа в виде текста и сохраните текстовый файл. Этот текстовый файл можно импортировать в электронную таблицу программы Microsoft® Excel® для дальнейшего анализа. Для получения дополнительной информации о формате перехваченного пакета данных нажмите Help → User Manual.

Рис. 14. Окно неотфильтрованных пакетов данных

Рис. 14. Окно неотфильтрованных пакетов данных

Рис. 15. Окно отфильтрованных пакетов данных

Рис. 15. Окно отфильтрованных пакетов данных

Результаты испытаний платы датчика беспроводной сети

Плату TIDA-00488 целесообразно устанавливать возле окон, через которые в здание проникают прямые солнечные лучи. Для имитации типичного дневного освещения были проведены измерения уровня освещенности возле окна, выходящего на юг, с пленочным покрытием, задерживающим ультрафиолетовые лучи, и незначительным загрязнением стекла. В середине утра, до того, как солнце начинает светить прямо в окно, уровень освещенности составлял около 1000 лк. В середине дня уровни освещенности были около 5000 лк при ясном небе и около 3200 лк при легкой облачности. В помещении уровень освещенности вдали от окна варьировался в диапазоне 250…450 лк в зависимости от местоположения измерительного прибора.

Время заряда емкостного накопителя солнечной энергии

Более высокий уровень освещенности способствует более быстрому заряду емкостного накопителя. При испытаниях уровень освещенности устанавливался регулируемым направленным источником света и измерялся люксметром в центре светового пятна. Испытуемая плата TIDA-00488 размещалась таким образом, чтобы солнечные батареи располагались в том же месте, где ранее находился датчик освещенности люксметра.

Во время измерения скорости заряда емкостного накопителя батарея CR2032 должна быть отключена. Для определения скорости заряда измерялось напряжение VBAT в контрольной точке ТР3. До напряжения 1,5 В заряд емкостного накопителя протекает с низкой скоростью – это интервал «холодного запуска» bq25505. Выше порога 1,5 В включается повышающий преобразователь емкостного накопителя, и скорость заряда резко увеличивается. При достижении напряжением значения 2,5 В к накопителю подключается нагрузка и начинается передача данных по радиоканалу. Процесс заряда продолжается до предельного значения напряжения 3,5 В, после чего емкостной накопитель периодически подзаряжается до 3,5 В после каждой передачи данных. Время заряда емкостного накопителя для уровней освещенности 1000, 2000 и 4000 лк показано в таблице 1.

Таблица 1. Время заряда емкостного накопителя при различных уровнях освещенности

Уровень
освещенности, лк
Время до запуска повышающего преобразователя емкостного накопителя, с Время до подключения
нагрузки, с
Время достижения максимального уровня выходного напряжения, с
1000 435 545 700
2000 154 177 210
4000 73 83 96,6

Плата TIDA-00488 способна накапливать энергию при снижении уровня освещенности до 750 лк, что требует более 15 минут для заряда емкостного накопителя до 2,5 В.

Уровни потребляемого тока

Потребляемый ток измерялся двумя способами — для измерения динамически изменяющихся токов использовался осциллограф с датчиком Холла, а для измерения очень малых постоянных токов — цифровой мультиметр с разрешением до десятых долей микроампер. Все измерения проводились, в основном, с питанием от источника 3 В.

Ток в режиме ожидания

В режиме ожидания средний потребляемый ток составил 1 мкА.

Ток в активном режиме

В непрерывном режиме работы имеются три основных интервала активности. В каждом из них МК CC1310, соответственно:

  • запускает преобразование в датчиках освещенности, температуры и влажности;
  • считывает данные датчиков температуры и влажности;
  • считывает данные датчика освещенности и далее осуществляет передачу данных по радиоканалу.

Во время цикла опроса датчиков и передачи данных имеется также несколько коротких переходных процессов, обусловленных работой встроенного преобразователя напряжения CC1310. Средний ток в течение одного цикла опроса датчиков и передачи данных можно вычислить путем измерения среднего значения тока во время отдельных подпроцессов. Величина заряда, расходуемого в каждом подпроцессе, вычисляется путем умножения среднего значения потребляемого тока на длительность подпроцесса. Таким образом, средний ток, потребляемый устройством, равен суммарному заряду, деленному на длительность цикла. В качестве примера в таблице 2 показан расчет среднего тока для 15-секундного цикла опроса датчиков и передачи данных.

Таблица 2. Расчет среднего тока и суммарного заряда для 15-секундного цикла опроса датчиков и передачи данных

Подпроцесс Количество повторов в цикле Длительность подпроцесса, с Средний
ток, мА
Средний
заряд, Кл
Суммарный
заряд, Кл
Суммарное
время, с
Инициализация датчиков 1 0,00146 2,36 3,45E-06 3,45E-06 0,00146
Чтение датчика 1 1 0,001254 2,49 3,12E-06 3,12E-06 0,001254
Чтение датчика 2
и передача данных
1 0,00665 5,68 3,78E-05 3,78E-05 0,00665
Переходный процесс CC1310 39 0,000182 2,12 3,86E-07 1,51E-05 0,007098
Режим ожидания 14,98795 0,001 1,50E-05 1,50E-05 14,98104
Всего 4,96E-03 7,44E-05 14,9975

Длительность цикла составляет 14,9975 с, а суммарный заряд — 74,4 мкКл, следовательно, средний ток, потребляемый устройством, составляет 4,96 мкА.

Используя эти данные, можно рассчитать потребляемый ток для более коротких циклов. Например, для поддержания напряжения, необходимого для работы CC1310 в восьмисекундном цикле, необходимо 30 переходных процессов, а в пятисекундном — 23. Соответственно, расчетные значения среднего потребляемого тока составляют 7,99 мкА для восьмисекундного и 11,64 мкА для пятисекундного циклов.

Литература

  1. Energy Harvesting Ambient Light and Environment Sensor Node for Sub-1GHz Networks Reference Design. http://www.ti.com/tool/TIDA-00488.
  2. Быстрый старт разработки беспроводного канала 868 МГц на CC1310. Александр Калачев. Новости Электроники №3/2016.
  3. http://www.hexedit.com/.

* – Отслеживание точки максимальной мощности или ОТММ (Maximum power point tracking, MPPT) — способ, использующийся для получения максимально возможной мощности на выходе фотомодулей и ветроустановок. Для ОТММ используются цифровые устройства, анализирующие вольт-амперную характеристику для определения оптимального режима работы фотомодуля.

 TI_CC2650STK_NE__07_16

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Модуль MBee-DUAL-3.3-UFL-SOLDER-1350-UFL, работающий в двух диапазонах частот

Новый радиомодуль производства компании ООО «СМК» построен на базе беспроводного микроконтроллера CC1350F128 и работает в безлицензионных диапазонах 868 МГц и 2,4 ГГц. Модуль предназначен для создания различных устройств Интернета вещей и может выступать как в качестве беспроводного датчика, так и центрального узла сбора данных. На базе модулей MBee-DUAL могут реализовываться сети сбора данных с приборов учета ресурсов, системы безопасности, пожарной охраны, управления и промышленной телеметрии.
Модули созданы на основе новейшего семейства микросхем CC1350 типа система-на-кристалле производства компании Texas Instruments. На борту модуля имеется высокопроизводительный микроконтроллер с ядром Cortex-M3 48 МГц, 128 кбайт Flash-памяти и 20 к,fqn ОЗУ, чего достаточно даже для ресурсоемких приложений. Уникальное радио, работающее в двух диапазонах частот, потребляет менее 6 мА в режиме непрерывного приема, что является лучшим показателем в отрасли. Другим неоспоримым преимуществом CC1350, выгодно отличающим эту микросхему от конкурентов, является наличие специализированного автономного контроллера датчиков со сверхнизким потреблением. Этот контроллер предназначен для автоматизации основных процедур измерения и первичной обработки результатов от цифровых и аналоговых датчиков. При этом исключается необходимость активации основного вычислительного ядра Cortex-M3 и тем самым обеспечивается исключительно низкое энергопотребление модуля во всех режимах работы. В соответствии с требованиями заказчика возможны следующие варианты исполнения модулей:
• однодиапазонный модуль, работающий в полосе частот 868 МГц или 2,4 ГГц;
• двухдиапазонный модуль с раздельными антенными трактами для 868 МГц и 2,4ГГц;
• двухдиапазонный модуль с единым антенным трактом.

•••

Наши информационные каналы

О компании Texas Instruments

В середине 2001 г. компании Texas Instruments и КОМПЭЛ заключили официальное дистрибьюторское соглашение, которое явилось результатом длительной и успешной работы КОМПЭЛ в качестве официального дистрибьютора фирмы Burr-Brown. (Как известно, Burr-Brown вошла в состав TI так же, как и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). С этого времени компания КОМПЭЛ получила доступ к поставке всей номенклатуры производимых компанией TI компонентов, технологий и отладочных средств, а также ...читать далее

Товары
Наименование
HDC1000YPAT (TI)
HDC1000EVM (TI)
OPT3001DNPT (TI)
OPT3001EVM (TI)
BQ25505EVM-218 (TI)
BQ25505RGRR (TI)
CSD75208W1015T (TI)
CSD75208W1015 (TI)
CC1310F128RGZT (TI)
CC1310F128RHBT (TI)