现代检测-低功耗与网络化技术-2016详解.ppt

3 低功耗电源管理技术 1）概述 电源管理实现方案 硬件方案：处理器电源管理功能，具体包括三点： ① 将处理器划分成不同的性能状态，每个状态对应一定的功耗和性能参数，这样处理器可以根据系统的负载选择满足性能需求的最小功耗的性能状态。 ② 通过时钟门控电路控制处理器各种端口的电源，防止能量泄漏。 ③ 内部集成温度传感器，根据运行时温度变化动态调整处理器频率和电压。例如TI公司的OMAP处理器，不仅可以根据负载的情况在运行时调整CPU电压、CPU频率，同时还可以通过关闭CPU上一些部件，如高速缓存，可极大地降低系统的功耗。 3 低功耗电源管理技术 2）动态电源管理设计 电子电路的总能耗是活动能耗与静态能耗之和，活动能耗在电子电路工作或逻辑状态转换时产生，静态能耗是由晶体管漏电流产生的。电子电路的功率为：P=CUdd2fc+UddIq 其中，C为电容；fc为时钟频率；Udd为电源电压；Iq为漏电流; CUdd2fc为活动能耗，UddIq为静态能耗。 晶体管漏电不可控，动态电源管理设计以控制活动能耗为主。 两种管理活动能耗的方法。 (1)时钟选通与调节。当停止电路时钟，活动能耗为零，关闭暂不使用的电路模块的时钟，可减少整个系统的活动能耗。 (2)电压供应选通与调节。如果电路模块的电压为零，则活动能耗与静态能耗都为零，电路模块处于最低能耗状态。将暂不使用的电路模块的电压供应切断或降低，可节能。 4 网络化智能传感器及接口标准 2)智能传感器接口标准——IEEE 1451 (2) IEEE 1451标准的关键技术特征 电子数据表格(TEDS) TEDS是TIM内部的一个特定电子格式的内存区，用于描述TIM自身以及与其连接的传感器或执行器，提供对大范围传感器或执行器的支持，以自动识别这些传感器或执行器。 TEDS一般储存在变送器内置电子储存器中，如E2PROM。TEDS也可采用虚拟TEDS，将TEDS文件储存在远程计算机或网络上。变送器工作时，NCAP把TEDS储存在NCAP中，以便于远程网络和用户访问。 终端用户可通过读取TEDS信息来探查变送器的信息，如功能、运行参数、位置、性能、高级命令和其他文本信息等。 4 网络化智能传感器及接口标准 2)智能传感器接口标准——IEEE 1451 (2) IEEE 1451标准的关键技术特征 物理单位表示: IEEE 1451.2采用1个10 bit二进制代码编码物理单位，按SI规定的7个基本物理量来表所有被测物理量。 7个基本物理量：长度/m、质量/kg、时间/s、电流/A、温度/K、物质的量/mol以及光强/cd。 实用中另加2个角度单位（球面角，弧度）。 传感器物理量单位表示方法 4 网络化智能传感器及接口标准 2)智能传感器接口标准——IEEE 1451 (2) IEEE 1451标准的关键技术特征 校准数学模型-以软件手段校正传感器, 克服靠电路、材料和工艺无法完全解决的漂移、非线性、交叉敏感影响等问题。IEEE 1451在TEDS中定义了校正TEDS并存储于TIM中，允许传感器制造商对每个通 道的多变量校准进行描述。 修正引擎从TEDS中读入 校准参数和传感器实际输 出并转换成实际输入量值。 图为修正所用的的一般模 型。 4 网络化智能传感器及接口标准 2)智能传感器接口标准——IEEE 1451 (2) IEEE 1451标准的关键技术特征 (a) 变送器接口(TIM)模块 主要功能：向NCAP传输数据和状态信息，TIM借助于IEEE1451.2所定义的10线数据接口TII(transducer independent interface)连接到NCAP。 (b)网络适配处理器模块(NCAP)模块 NCAP介于TIM和数字网络之间，用于从TIM模块获取数据，并将数据转发至不同的现场总线网络，同时实现对TIM模块的智能控制。 * * 4 网络化智能传感器及接口标准 2) 智能传感器接口标准——IEEE 1451 (2) IEEE 1451标准的关键技术特征 (c) 数字接口:NCAP与TIM的连接通过10线数据接口TII进行，其硬件连接规定如下图所示。TII是基于SPI接口（serial peripheral interface）协议的点对点、带同步时钟的短距离接口。 * * TII接口示意图 * * 4 网络化智能传感器及接口标准 2)智能传感器接口标准——IEEE 1451 (2) IEEE 1451标准的关键技术特征 TII接口引脚信号定义 引脚号 信号名称 驱动者 功 能 1 DCLK NCAP 上升沿锁存数据 2 DIN NCAP 寻址，NCAP向TIM传输数据 3 DOUT TIM TIM向NCAP传输数据 4 NACK TIM 触发