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一款超低功耗的便携式电场监测系统设计
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任永陈晗
摘?要:当前市场上便携式电场监测设备待机时间普遍在4~8小时,待机时间短,限制了设备的使用场所和方便性,急需开发一款待机时间更长、户外也能放心使用的设备。作者从硬件和软件两方面着手设计出一款超低功耗系统,具有更低工作电流,可持续工作12小时以上。其中在硬件设计上,筛选微功耗处理器、减少外部器件数量、设计低功耗外围电路,如适用于系统的高效DC-DC电路、可转换的多晶振设计等。在软件设计上,选择处理器的最优微功耗功能、用中断代替查询、设计显示屏亮度可调等降耗设计。由此综合实现该款超低功耗系统,达到待机12小时的目标。目前该系统已顺利应用于便携式环境电场监测设备,并供货给国内某环境监测站、某国防院所以及某核电站。
关键词:便携式;超低功耗;电场;监测
中图分类号:TP302.1文献标志码:A文章编号:2095-2945(2019)32-0093-04
Abstract:Mostportableelectromagneticradiationmonitoringdevicescanwork4~8hours,theshortworkingtimelimitsitsmarket.Therefore,wedesignonelow-powersystemforportableelectricfieldmonitoringdevices.Wedecreasethesystemsworkingcurrenttoincreaseitsworkingtime.Inthehardwaredesigning,wechooselow-powermicrochip,cutthenumberofperipheraldevicesanddesignlow-powerperipheralcircuits.Inthesoftwaredesigning,wepickthemostsuitableworkingmode,chooseinterruptinginsteadofdemandinganddesignadjustablebrightnessgradesforLCD.Thenwegetonelow-powersystemwhichcanwork12hoursatleast.Untilnow,oursystemhasbeenusedonsomeportableelectricfieldmonitoringdevicesandthesedeviceshavebeensoldtosomeenvironmentalmonitoringstation,somenationaldefenseinstitutionandnuclearpowerplants.
Keywords:portable;low-powerconsumption;electromagneticradiation;monitoring
引言
随着近年来核电业的持续快速发展,便携式电场监测设备的市场应用以及性能需求不断增长,用户在需要更多数量设备的同时也要求设备的体积更小、待机时间更长。目前市场上的同类设备工作时间通常在4~8小时,设备体积小,电池尺寸就必须尽量小,还要考虑研发成本,可选择的电池容量很有限,这就需要在产品研发的时候充分考虑系统超低功耗设计。基于这一需求,笔者介绍一款超低功耗的便携式电场监测系统设计方法,该方法分别从微处理器的选择、外部电路设计、软件设计等方面考虑超低功耗要求,实现整体系统的超低功耗目标。
1系统硬件设计
下面从微处理器的选择、外部电路的设计两个方面阐述该超低功耗系统的硬件设计。
1.1处理器的选择
处理器功耗是整个系统功耗的主要来源之一,选取具有突出优势的低功耗处理器,对整个低功耗系统的设计非常重要。目前可选择的平台多,基于ARM、Linux、嵌入式、Wince的产品在市场上都有。为了确保突破当前待机时长的瓶颈,笔者选择了单片机嵌入式。然后,单片机的种类也多种多样,从Intel的80C31系列、Microchip的PIC芯片、TI的MSP430系列到ALTEM的AVR芯片等等[1]。笔者主要从其工作电压、具有的低功耗模式、I/O接口、集成外部芯片的情况来进行对比筛选,最终锁定了TI公司的MSP430系列芯片,主要考虑到以下方面:
(1)其超低电压供电优点
其电源电压从3.6V低至1.8V,芯片在1MHz的时钟条件下运行时,电流大概是2
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