對數(shù)據(jù)的渴望似乎取之不盡，用之不竭。從汽車燃油系統(tǒng)的氧氣水平到后院的雨水位，嵌入式系統(tǒng)和傳感器始終監(jiān)控我們周圍的一切。
直到最近，所有監(jiān)控都通過有線連接進行。探頭和傳感器直接連接到電子或機電控制系統(tǒng)，監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)，或用于控制過程。
由于無線連接的費用和復雜性意味著這種類型的遙測只能用于軍事，工業(yè)或空間應用，因此只能通過無線嘗試最關鍵或最苛刻的任務。然而，無線技術已經(jīng)蓬勃發(fā)展到我們現(xiàn)在每天與眾多無線傳感器交互的可能性。
簡單發(fā)送
雖然特定要求將決定給定的應用程序，但在實現(xiàn)基于傳感器的設計時，基本上有三種架構選擇。這些是中斷，輪詢和時間分片?；谥袛嗟南到y(tǒng)將僅在發(fā)生觸發(fā)事件時發(fā)送，輪詢系統(tǒng)將僅在被詢問時報告，并且時間分片系統(tǒng)將以預定間隔報告。簡單的僅發(fā)送傳感器架構將這些選擇限制為中斷或時間分片。
在最簡單的層面上，傳感器和閾值限制檢測器僅向監(jiān)控系統(tǒng)通知狀況。這可用于報警，包括入侵，填充水平，溫度過高等。這里的關鍵是單向通信允許在沒有嵌入式微控制器的情況下設計低成本，僅傳輸模塊。
例如，Micrel的一個簡單有效的僅發(fā)送部分是MICRF113，它是一個用于300到450 MHz范圍的幅移鍵控(ASK)發(fā)送器(見圖1)。這些是遠程傳感器鏈路的理想選擇，因為這些頻段通常具有比2.4和5GHz頻段傳輸更長的范圍。
由于這些類型的僅發(fā)送部件通常采用電池供電，因此MICRF113的一個很好的特性是它能夠一直工作到1.8V。使用晶體或陶瓷諧振器，這些部件支持比特率高達20 Kbits/s。
一個簡單的狀態(tài)機可以跳閘一次性，短暫地將設定頻率傳輸?shù)浇邮掌?。這可以連續(xù)循環(huán)，直到觸發(fā)條件返回到閾值以下，或者繼續(xù)作為一次性事件直到手動重置。無論哪種方式，小型SOT23低組件數(shù)設計都可以非常有效地為事件檢測提供可靠的無線鏈路。增加一個微控制器為更復雜的操作打開了大門，不僅包括檢測事件，還包括檢測和傳輸模擬電平。它還允許RF鏈路成為收發(fā)器，增加了更多的功能和功能。
圖1：Micrel發(fā)射器的低元件數(shù)使其成為理想的候選者適用于小型，低功耗，埋地或遠程事件傳感器。
另一個非常適合這些類型設計的器件是ADI公司的ADF7012，它與Micrel器件一樣，使用串行輸入數(shù)據(jù)線。它還具有串行控制總線，用于控制寄存器，模式和掉電配置(低至《0.1μA)。
該部分的一個很好的特性是它可以在標準ASK或FSK模式下運行，以及高斯ASK和FSK(見圖2)。預濾波高斯形式具有平滑的符號轉換，其可以將傳輸保持在較窄的帶空間中。這有助于實現(xiàn)1 ppm步進控制頻率的精細可調性，當溫度和漂移發(fā)生在75 MHz至1 GHz頻段時，中心頻率保持在軌道上。
圖2：ADI公司ADF7012中使用的高斯模式調制將發(fā)射限制在窄帶，低漂移和中心頻率偏移。
注意嵌入式微控制器是如何增加功能的理想方式，無線或埋地傳感器的可靠性和準確性。微控制器不僅可以監(jiān)控事件并區(qū)分錯誤警報，還可以使用查找表，曲線擬合和插值技術等技術來提高準確性。
微控制
當決定采用嵌入式微控制器時，芯片上的Silicon Labs Si4010系統(tǒng)非常適合僅傳輸，以及促進雙向鏈路。 RF模擬內核與核心8051型微控制器相結合，包括RAM，閃存，EEPROM和Novram。 (注意：因為核心也可以是接收器，所以可以采用輪詢操作模式。)
當用于傳感器接口時，該部分的一個有趣特性是其內置的硬件高級加密加速器。通常，您不會認為傳感器數(shù)據(jù)需要加密。但是，可能存在所有協(xié)議交互都被加密以幫助保護無線網(wǎng)絡免受干擾的應用。
另一個有趣的功能是由間隔時鐘門控的內置高速頻率計數(shù)器(見圖3)。頻率計數(shù)器模式可以很容易地將線性脈沖寬度和基于占空比的測量直接轉換為數(shù)字值，以便傳輸?shù)浇邮照尽?/p>
圖3：Silicon Labs Si4010片上系統(tǒng)的內置頻率計數(shù)器可以直接轉換脈沖寬度輸出或頻率值的傳感器傳輸?shù)臄?shù)字值。
采用小型10引腳MSOP(具有減少的I/O)或更大的14引腳SOIC，是處理器，存儲器，LDO，電池監(jiān)視器，曼徹斯特編碼器，當然還有RF階段。
這部分的另一個不錯的功能是內置溫度傳感器。這可用于調整傳感器位置處的傳感器數(shù)據(jù)以補償溫度變化。請注意，該部件具有數(shù)字I/O，并且需要用于線性傳感器的A/D轉換器。
圖4：與TI CC2530一樣復雜，建立高質量無線電鏈路所需的外部元件非常少，特別是如果您的傳感器可以直接連接到A/D輸入。
包含RF和嵌入式微處理器的類似系列器件來自德州儀器(參見圖4)。例如，CC2530還包含一個嵌入式8位8051處理器和一個完全兼容的802.15.4 ZigBee收發(fā)器。
這允許傳感器陣列在更強大的集成系統(tǒng)級別上運行。作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡，來自傳感器，控制器，執(zhí)行器，數(shù)據(jù)記錄器等的數(shù)據(jù)包都可以成為更復雜系統(tǒng)的一部分。然而，權衡的是，這不是一個有線和解決方案。這些部件的資源非常復雜，包括8通道12位A/D轉換器，電池監(jiān)視器，溫度傳感器，定時器，UART，AES單元，片上穩(wěn)壓器以及非常全面的無線電等組件。更重要的是，這些部件和這種架構可用于形成非常大且復雜的網(wǎng)絡。
幸運的是，TI和Digi-Key提供了一整套評估和開發(fā)套件，例如CC2530 Mini ZNP套件，其中包括三個節(jié)點(兩個移動和一個基座)，可用于評估，開發(fā)和測試ZigBee連接設備。堆棧軟件還可用于幫助最小化滾動自己的兼容堆棧所需的專業(yè)知識和時間。
應該注意，您不必實現(xiàn)完整的ZigBee協(xié)議。很多人沒有。大量應用程序只需要連接。此外，并非每個功能和功能都需要電路支持。盡管CC2530非常復雜，但創(chuàng)建良好的無線電鏈路所需的外部元件卻很少。仍然可以使用這些部分建立簡單的非網(wǎng)格點對點網(wǎng)絡。這使設計人員可以自由地實現(xiàn)他們想要開發(fā)的任何協(xié)議。
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