低功耗系统

低功耗系统（共12篇）

低功耗系统 篇1

低功耗蓝牙与传统蓝牙相比,不仅仅增加了可达的数据传输速率,还尽可能的降低功耗。这就代表可以持续连接更多的时间,使蓝牙的总体工作效能更加提高。经典蓝牙对于由纽扣电池供电的设备并不能达到低功耗的要求,这就是低功耗蓝牙技术出现的原因。低功耗蓝牙应该被设计成满足大规模部署的要求,以便将蓝牙技术嵌入到一系列的系统中去, 比如智能家居系统就是一个很好的发展前景。

1低功耗蓝牙设计的关键因素

首先,ISM频段,2.4GHz频段的无线电传播性差,能被许多物体,尤其是水吸收。但是其优势是在全世界范围内能免许可、自由的使用。当然要遵循相关的规定,限制设备输出能量和范围。与高昂的许可频谱费用相比,选择ISM频段能降低成本。

其次,IP许可,当Wibree技术成熟后,要将它并入已有的无线标准工作组,他们选择了蓝牙技术联盟,与其它采取FRAND政策的兴趣小组或联盟相比,蓝牙技术联盟使得蓝牙设备的专利许可成本显著降低,从而更节省成本。

2低功耗蓝牙的体系结构

低功耗蓝牙的体系结构分为3个基本部分:控制器、主机和应用程序(表1)。控制器能够发送和接受无线电信号, 并翻译成携带信息的数据包。主机管理两台或多台设备之间如何进行通讯以及如何利用无线电同时提供几种不同的服务。应用程序则使用软件栈,进而是控制器来实现具体功能。 在主机内包含三3个协议:逻辑链路控制和适配协议、属性协议和安全管理器协议,此外还有通用性规范、通用访问规范和模式。控制器由同时包含了数字和模拟部分射频器件和负责收发数据包的硬件组成。控制器与外界通过天线相连, 与主机通过控制接口(HCI)相连。主机包含复用层、协议和用来实现许多功能的过程。主机构建于主机控制器接口的上层部分,之上为逻辑链路控制和适配协议,一个复用层。在他上面是系统的两个基本构建块:安全管理器以及属性协议。 控制器和主机之上是应用层。定义了3种类型:特性、服务和规范。构建在通用属性规范上。

3蓝牙的射频技术

蓝牙设备工作于ISM频段,通常是在2.402 ~ 2.48 GHz之间的79个信道上运行。它使用称为0.5 BT高斯频移键控(GFSK)的数字频率调制技术实现彼此间的通信。也就是说把载波上移157 k Hz代表“1”,下移157 k Hz代表“0”, 速率为100万符号(或比特)/ 秒,然后用“0.5”将数据滤波器的-3 d B带宽设定在500 k Hz,这样可以限制射频占用的频谱。

4蓝牙加密模块设计

为了确保数据的机密性,要对数据进行加密处理。加密数据包含一个消息完整性校验值,表明该数据包经过认证, 认证使用共享密钥为已加密的数据计算签名,消息的接收方能够确定数据包来自一个可靠的设备;加密数据包还包括一个数据包计数器,为了防止重放攻击。 低功耗蓝牙加密基于一个加密引擎AES,包含一个输入128位的密钥值和一个输出128位的纯文本数据块。用于不同的纯文本块进行加密杜绝了使用不同的密钥为每个块加密,更加有效。加密净荷数据要先将数据分成16字节的块,对每个块生成一个密文比特流,在与文本执行异或运算。遵循一个标准,定义了一种加密认证的方法——计数器密码区块链信息认证码模式。

蓝牙安全机制改进方案,现有蓝牙安全存在两个主要问题:一个是单元密钥的使用问题,128位的密钥长度加密有时不用很复杂的方法破解;另一个是蓝牙单元提供的个人识别码及大多数的PIN码是由4位十进制数组成,采用穷举法很容易破解。

解决的方法除了增加PIN码的长度外,关键是要采用更加安全的加密算法。如使用DES代替E0序列加密算法。DE是一种块加密算法,针对一个一个的数据进行。原始信息被分为64位长度的固定数据块,利用56位的加密密钥通过换算和组合的方式生成64位的加密信息。DES块密码是高度随机和非线性的,其产生的密文与明文和密钥的每一位都相关。 DES的可用加密密钥数量非常大,应用于每一位明文信息的密钥都是从中随机产生的。采用DES加密算法的蓝牙技术可以应用到安全性较高的场合中,比如电子经融交易等等电子类产品。

摘要：低功耗蓝牙是一种全新的功耗最低的无线技术。当前社会,智能家居市场有很大发展潜力。而低功耗蓝牙技术可以使得智能家居的功耗更低。同时,低功耗蓝牙可以把智能化的家具系统通过互联网技术与手机相连接,使低功耗蓝牙技术可以得到具体推广。而低功耗蓝牙与经典蓝牙的最大区别就在于功耗低,低功耗蓝牙适应了当前节约资源保护环境的发展趋势。

关键词：低功耗蓝牙,智能系统,节能,互联网技术

低功耗系统 篇2

关键词：自组织网络；无线传感网络；ＣＣ２５３０；低功耗

０引言

扎龙自然保护区是同纬度地区最原始、物种最丰富的湿地自然综合体。湿地内有大面积的沼泽和草甸，苇丛茂密、鱼虾众多，是水禽理想的栖息地。近年来由于人类活动的增多，对其环境有不同程度的破坏和污染。土壤参数作为生态环境的重要的指标之一［１］，可预警环境的前期污染，因此拟采用现代化的监测方法，针对扎龙湿地的重点区域实现土壤参数的监测。无线传感技术对比传统土壤监测手段具有低功耗、体积小、自组网等优势，是现代化监测土壤环境的最佳手段［２］。本文将无线传感网络的技术应用于扎龙自然保护区的土壤监测中，并采用低功耗的路由算法［３－５］搭建高效且节能的传感网络监测平台。

１体系结构及工作原理

土壤环境监测系统由终端采集节点、路由节点、协调器节点和上位机软件组成，系统结构如图１所示。终端采集和路由节点采用ＣＣ２５３０Ｆ２５６组成控制器、ＣＣ２５９１（ＰＡ）功率放大器组成收发器，结合土壤湿度、温度和雨滴检测传感设备进行数据的采集、处理、存储，最终协调器通过串口ＲＳ４８５上传至ＰＣ上位机终端。数据的解析、存储和曲线绘制等均在上位机终端上完成。上位机设计采用Ｌａｂｖｉｅｗ实现对无线传感网络的控制及数据接收。

２系统硬件设计

结合扎龙湿地土壤环境监测要求和传感器功耗、成本、测量范围及精度考虑，选取了土壤湿度传感器ＹＬ—６９、温度传感器１８Ｂ２０以及雨滴传感器。系统基于ＣＣ２５３０ＰＡ模块（尺寸３．６ｃｍ×２．７ｃｍ；标准ＳＭＡ天线接口（２．４Ｇ天线）；ＰＡ使用ＣＣ２５９１，全官方设计，完全兼容最新版协议栈，支持睡眠；可靠距离＞８００ｍ，自动重连距离达＞６００ｍ）。因此在４００ｍ区域内只需一个传感节点即可满足监测要求。终端节点主要负责采集监控区域的土壤环境信息和模数转换。系统硬件功能如图２所示，主要由ＭＣＵ、传感采集模块、Ａ／Ｄ转换、信号调理电路、无线通信模块和电源模块等组成。综合考虑功耗、测量范围、测量精度和成本等问题，最终选择土壤湿度、温度和雨滴传感器，电源模块在采集节点和路由节点上使用锂电池，协调器则使用交流电源供电。

３低功耗节点软件设计

由于终端采集节点采用锂电池供电，随着电量的消耗殆尽节点也会随之失效，直接影响和决定着整个监测系统的生存时间。因此节点的低功耗路由算法显得至关重要。

３．１基于离散组包传输的软件设计

节点的低功耗设计已经得到广泛认可，本系统结合低功耗路由协议和扎龙湿地实际土壤环境监测要求提出了采集发送端低功耗节点设计的改进算法。在实际监测中，考虑到采集的一个或多个环境参数的变化可能是土壤环境受到污染的可能性增加，所以需要对这些数据组包发送。本文结合低功耗路由算法和需要采集的参数提出了离散组包传输设计来降低采集节点端的能耗。由于环境的采集对数据的实时性要求不高，并且采集数据变化缓慢，此方法可以有效的减少数据的冗余，从而降低能耗。

３．２基于离散组包传输的软件设计

传感器节点集成有土壤温度、土壤湿度和雨滴传感器，且节点同时采集３个参数。由于环境参数的变化缓慢，所以测量值的波动变化比较平缓，因此如果周期地上传监测数据，数据产生大量冗余，消耗了大量的节点能量。为了改善节点能量的浪费，本文提出了设置阈值触发节点机制，从而有效延长的节点的生命周期。假设当前已测得环境变量ｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）值为Ｄｉ（ｔ＋１），上一次所测该环境变量值为Ｄｉ（ｔ），测量周期为Ｔ，εｉ为预设阈值，当｜Ｄｉ（ｔ＋１）－Ｄｉ（ｔ）｜＞εｉ时，即测得某种环境变量的变化超过预设阈值εｉ时，将测得该环境变量值Ｄｉ（ｔ＋１）加入发送帧载荷中。当遍历ｎ个传感器，将满足条件的环境变量测量值动态组合加入帧载荷，遍历结束后节点传输数据帧。假如所有环境变量测量值未满足条件，没有数据加入发送帧载荷，节点则不触发射频模块，不发送数据。即根据环境变化以紧凑的方式自适应发送变化量较大的值。其中，εｉ值和采样间隔Ｔ可根据具体情况进行设置。

３．３节点工作流程

节点工作流程图如图４所示。步骤１协调器负责建立网络，完成各节点的初始化。步骤２终端节点采集湿度、温度和雨滴信息。步骤３判定环境变量是否超过环境阈值εｉ，如果是，则将将测量值Ｄｉ（ｔ＋１）送入发送帧载荷；否则重新等待数据判定。步骤４判定是否遍历所有传感器，如果是，则传输动态组合数据帧；如果否，则继续执行步骤。

４测试结果与分析

测试地点选取扎龙自然保护区，测区长１２００ｍ、宽４００ｍ，布置６个传感节点、２个路由节点和１个协调器节点，节点采用锂电池供电，节点部署图如图５所示。同时采用标准测试仪与采集结果进行对比测试，并且对比采用低功耗传感节点和周期性采集节点进行分析。

４．１节点功耗测试

无线传感器网络中节点的功耗直接影响着整个网络的生存时间。节点的射频消耗的能量占节点消耗的大部分能量，因此在相同时间下，发送的数据帧总长度与节点能耗成正比例关系。分析时间设定为２０１４年６月２６日至２０１４年７月２５日为期３０天的监测数据为参考，对比低功耗节点与周期发送节点的发生数据帧总长度，每１２ｈ统计一次，测试结果如图６所示。对比测试数据显示采用离散组包算法的低功耗节点和周期传输节点（２ｍｉｎ）减少了５９．４％的功耗，节能效果明显，适合长期监测。

４．２网络稳定性测试

定时发送１５０００个数据包，重复试验２０次，统计周期传输与低功耗节点的丢包率。图７、图８分别为丢包率测试和数据包延迟对比。对比图７、图８显示的性能曲线，分析计算出低功耗节点的平均丢包率为０．９５％，周期传输节点的丢包率为２．８％。比较得出低功耗节点传输丢包率低，数据包延长小且更加稳定，离散组包传输大大减少了数据量的冗余。本文提出的算法能够明显降低传感节点的功耗、减少数据包的时延和延长整个无线传感网络的工作时间。

４．３监测数据精度测试

测试从２０１４年６月２６日８时至２０１４年６月２７日８时为期２天的监测数据为参考，采集数据有土壤湿度和温度２种。测试仪的数据输出为连续曲线，周期传感节点以２ｍｉｎ为周期采集数据，低功耗节点采用自适应离散组包传输。图９、图１０为土壤温度和湿度采集数据对比。由图９、图１０可见，理论测试和实际测试数据基本吻合。５结论与讨论本文通过对传统无线传感网络分析，提出了基于离散分组传输的节点低功耗算法。通过实践测试和分析可知，低功耗算法有效地减少了节点功耗、提高传输数据效率并且降低了数据的冗余量，进而延长了整个网络上生存时间，为建立长期监测网络提供了可行性和便利性。

参考文献

［１］闫长平，马延吉．人类产业活动对湿地环境的影响研究进展［Ｊ］．湿地科学，２０１０，（１）：９８～１０４

低功耗系统 篇3

关键词：环境监测；温室大棚；无线传感器网络；WSN技术；关键因子

中图分类号： S126；TP277.2文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）09-0377-03

收稿日期：2013-12-04

基金项目：江苏省农業科技自主创新资金[编号：CX（13）5066]。

作者简介：柳军（1984—），男，江苏南京人，硕士研究生，助理研究员，主要从事智能农业设施与装备研究。Tel：（025）84390441；E-mail：nkyliu@163.com。近年来，无线通信技术、微电子技术、传感器技术以及嵌入式计算等技术的不断进步推动了低成本、低功耗无线传感网络（wireless sensor network，WSN）的发展，促使无线传感器网络成为当今的热门研究领域。WSN是在一定范围内部署的微型传感器节点，由这些节点通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，并将结果发送给观察者[1]。作为种植花卉、蔬菜的重要场所，温室大棚能够显著增强农业的抗灾、减灾、反季节生产能力。温室大棚利用WSN无线网络技术的低功耗、低成本、免许可无线通信频段等特点，改变传统的有线检测方式，避免布线，通过利用太阳能小型锂电供给系统，在不利于电力线路铺设的区域实现监测电力供给，并且节能、环保[2-3]。随着数字化农业的快速发展，低功耗的无线环境监测系统越来越受到重视。本研究提出了基于WSN技术的低功耗大棚关键环境因子监控系统，应用于温室大棚生产环境监测，实时精确获得温室大棚环境的关键参数，对于系统掌握植物生长发育规律及其与环境的关系，维持温室作物的均衡供应具有重要意义。1总体设计

本系统由分布在大棚各处的温湿度传感器、光照传感器和土壤传感器节点、路由节点、无线网关、主控机构成。整个WSN网络通过优化过的路由协议，改进算法并采用低功耗动态电源管理方式来达到降低全系统电能需求的目的。WSN网络节点间通过无线通信协议建立联系，形成无线网络，设计交互命令接口以便通过主控或者上位机对全部节点进行一次性参数配置。传感器节点与路由主控星网连接，即时传递采集信息，也可通过网关向上位机传递采集信息，实现远距离对大棚环境的实时监测，提高了整个系统的延展性。

2硬件设计

监测系统的无线传感网络主要由无线网关节点、路由节点以及传感器节点组成。这些网络节点采用统一的硬件结构模块组合，再通过不同的软件设计实现功能切换与配置。整体硬件结构模块如图1所示。

2.1能量管理硬件模块

本系统采用太阳能电池发电、锂电池储能的供电方式，是低功耗无线传感能量供应方式的发展趋势。无线网络节点通常由电池供电，每个节点受电池容量限制，节点通常放置在高温湿度的恶劣环境下，使用过程中如不能及时给电池充电或更换电池，一旦电池能量耗尽，节点就会停止工作。本系统能量管理模块设计之一是通过提高电源转换效率，尽量减少电池能量消耗，使用升压型DC/DC转换芯片MAX1678，该芯片是低噪声、高效芯片，满载效率为90%，典型输出为 3.3 V，可调输出为2.0～5.5 V，同时具有欠压保护、报警功能[4-5]。当到达采集指令周期时，由电源管理模块对传感器电源进行供电，闲时停止对传感器模块、路由模块的供电，避免浪费电源（图2）。

2.2无线网关路由的硬件模块设计

无线网关用于选择通信信道、网络标示符，启动时建立并维护网络节点联系，允许其他节点设备加入网络，同时允许多跳路由。

2.2.1主控MCU选择主控MCU对数据的可靠性要求很高，由于采用电池供电，因此对功耗的要求也很苛刻。数据处理单元的微控制器主要侧重于多项功能的开发，选择时主要从功能、抗干扰、功耗、速度等几个方面进行考虑。C8051F930是 Silicon Labs公司推出的高性能、低功耗9系列单片机中的一款。该系列单片机具有集成度高、速度快、混合模拟信号处理、低压低功耗及兼容8051 指令集等特点，是仪表、手持设备主控制器的理想选择。

2.2.2Si4432射频控制接口Si4432 与主机 MCU 之间的通信是通过 SPI 总线实现的，主要涉及 SCLK、SDI、SDO、nSEL 4个引脚[6-7]。Si4432中 SCLK 串行时钟信号的速率可灵活设定，最大可达 10 MHz。Si4432 主要存在于SHUTDOWN、IDLE、TX、RX 4种状态中（表1），在 SHUTDOWN状态下功耗最低。主控MCU有5种不同的 IDLE模式，主控可以根据不同的应用灵活选择。这些状态或模式可以通过操作模式、功能控制寄存器 07H设定。通过在寄存器 07H 中设定 txon/rxon 控制位可以从 IDLE 状态中的任意模式自动转移到 TX/RX 状态。通过主控对不同模式/状态下灵活转换，基于整个网络状态判断调节所处状态，可以大大降低网关及整个传感网络因数据传输带来的功耗损失。表1无线网关路由硬件模块不同模式/状态下转换所需要的时间、功耗

状态/模式xtalpllwtLBD/TS响应时间发送接收当前状态/模式下电流值关闭状态XXXX16.21 ms16.21 ms10 nA空闲状态待机模式00001.21 ms1.21 ms400 nA休眠模式0010[8]800 nA传感器模式00X1〖8〗1 μA预备模式10XX210 μs210 μs600 μA调谐模式11XX200 μs200 μs9.5 mA发送状态11XXNA200 μs80 mA@+20 dBm27 mA@+11 dBm接收状态11XX200 μsNA18.5 mA

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2.3传感器节点

该节点设计主要由无线收发模块、AD模块、微控制器模块、存储器模块、传感器等组成。微控制器模块采用C8051F930完成传感信息初处理，模拟信号数字化解释任务。无线收发射频模块核心为Si4432收发器，实现节点数据传输与路由任务。AD模块负责将传感器信号由模拟量转换为数字量。

3软件设计

软件设计主要包括数据采集配置、无线传感网络建立、无线收发机制、HMI处理等。本系统首先由网关、路由节点根据网络ID标识建立起无线传感网络，传感节点、控制节点再相继加入网络。成功建立网络后，传感节点将上次采集的参数进行配置，通过路由网关发送至主控节点进行识别，确认后进行采样。

3.1优化节点路由协议

由于低功耗传感器网络采集节点供电方式为太阳能-电池供电，节点能量非常有限，节点之间的通信距离、存储空间都受能量限制，为了降低能耗，采样节点本身不增加存储功能，同时本系统设计了采样时间，节点间默认间隔10 min苏醒1次，之后15 s内保持清醒，与整个传感网络建立连接，主控与路由如果修改了采样时间，就在苏醒的15 s内反馈给采样节点。为保证温室大棚环境采样数据的准确性，采样节点苏醒时间隔2 s完成3次采样，取中间值为有效值上传至主控。

3.2主控软件设计

启动主程序时，首先初始化软硬件设置，建立无线传感器网络连接，启动电源管理策略，开始进入采集环境关键因子循环。有针对性地预先设置环境因子对比库，根据经验设置阈值、参数对比逻辑，设置不同的温室大棚数值，每次采样信息数据均须进行存储，以便进行后续经验数据分析。用户可根据作物的实际情况设定关键环境因子的阈值，执行操作后继续观测反馈状态，如进入了报警范围则启动故障报警及信息处理功能模块（图3）。

4低功耗电源管理算法设计

常用的电源管理策略有静态电源策略、动态电源策略2种。静态电源策略是指系统在初始化过程中的电源低功耗管理技术。动态电源策略是指CPU运行过程中的低功耗技术。调整程序运行频率，当系统忙时提高CPU运行速度，系统空闲时CPU处于睡眠状态；降低I/O口的平均电流、电压，电流、电压不变时减少供电时间，从而降低系统功耗。本系统采用动态电压电源管理（dynamic power management，DPM）技术，确保节点在主控芯片的控制下，始终能够在节能模式运行，有必要的事件发生时可以让主控芯片接管电源模块[8-10]。系统主要DPM对象有电池、传感器接口、射频模块、主控MCU。当检测到电池电量不足时，对同一网路ID节点的转发请求降低响应频率。传感器接口AD模块的电源管理，主控扫描启动后会分析当前状态，区分正常电压模式、自动掉电模式、自动待机模式3个模式。在正常电压模式下，至少有一路AD在工作。当主控判断当前所有AD接口均处于不采样状态时，自动掉电模式启动，关闭AD以及传感器电源。

5结论

为解决现场布线难、供电难的现状，结合目前大棚环境监测需求的实际情况，笔者研制了基于WSN技术的低功耗大棚关键环境因子监控系统，达到降低全系统电能需求的目的，实际测试中，4 500 mA的锂电满电能供应温度、湿度、光照3参数单节点正常运行10 d左右，配备太阳能充电模块，可长期在设施大棚中工作而不断电。同时，系统主控与传感网络通过串口连接，具有易扩展、易操作的优点。本系统组网速度快、节点现场布置灵活、性能稳定可靠，可长期有效监测温室大棚的环境参数，具有一定的应用价值。

參考文献：

[1]暴建民. 物联网技术与应用导论[M]. 北京：人民邮电出版社，2011：53-55.

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水下低功耗浊度仪系统 篇4

当前, 我国正面临着水污染加重、生态环境恶化的窘况。据“新华网”报道:我国70%水体遭受污染, 75%的江河、湖泊遭受水体富营养化影响。污染物的排放量远远超过水环境的容量, 而水污染最直接表现之一就是水体的浑浊度。浊度仪可以检测水体的浑浊度, 因此浊度仪的研制对水体环境的监测具有重要而深远的意义。

国外浊度仪发展起步早, 技术也比较成熟, 特别是进入20世纪90年代以后, 国外的许多仪器仪表公司都推出了技术先进、性能优良的浊度仪, 目前已占据了我国主要市场。其主要代表有美国哈希公司生产的2100p型浊度仪, 德国WTW仪器公司的Turb355T355IR型便携式浊度仪, 英国ABBKent公司研制的4600型浊度仪[1,2,3]。这些浊度仪测量范围在0-1 100 NTU, 精度一般都在±2%, 测试值分辨率在0.01 NTU, 且能够长时间稳定工作, 但是其价格也是相当昂贵, 并且部分技术对我国是保密的。相对于国外来说, 国内的研究起步较晚, 其可靠性、灵敏度、稳定性相比国外同类产品也具有较大差距。国内大部分的同类产品, 其测量范围在0～1 000 NTU, 基本误差在±2.5%, 测试值分辨率在0.1 NUT左右, 且一般在水下工作时间短, 稳定性不高。

综上所知, 国内浊度仪发展虽然取得了一定的成绩, 但是与国外相比, 我国浊度仪整体水平有着明显的劣势, 其测量精度低, 工作时间短, 同时可靠性和稳定性也需要极大的提高。

基于以上原因, 基于MSP430F149[4]单片机, 本研究设计一种用于浊度测量的水下低功耗浊度仪。

1 浊度的测量原理

目前, 浊度探测方法有3大类:分光光度法、直接观测法、仪器观测法。其中分光光度法和直接观测法通过配比溶液进行浊度观测比对, 这两种方法测量精度低, 且不适合用于深海浊度检测。第3种仪器观测法按光接收方式进行分类, 可以分为透射法、散射法、透射-散射法。因为散射测量法具有高灵敏度且检测方便容易, 愈来愈适应于水下浊度的测量。其中散射浊度法按照入射光与反射光的夹角, 分为直角散射 (90°或270°) 、锐角散射 (<90°) 和钝角散射 (>90°) [5]。

本研究采用90°直角散射法作为测量原理, 其测量原理图如图1所示。

由丁锋尔效应 (Tyndall effect) 可知, 散射光强与液体的浊度成正比, 故本研究通过对散射光的测量就可以计算出浊度的大小, 即:

式中:Is—散射光强;I0—入射光强;V—每个粒子的体积;N—单位体积内粒子数目;λ—波长;L—探测器与被测样品间的距离;γ—粒子折射率;γ0—溶液折射率。

2 系统的总体电路设计

低功耗浊度仪的系统组成如图2所示。该系统由浊度信号的检测、滤波与放大、实时时钟控制、数据信号存储、信号的通讯传输等模块组成。其工作原理是:将采集到的浊度信号经过滤波和放大后, 输入到主控制器MSP430F149单片机自带的12位A/D转换模块中, 从而实现模拟信号和数字信号的转换[6]。与此同时, 主处理器将从实时时钟芯片中读取采样时间, 将上述数据编码通过SPI通讯模式储存到Flash芯片中。该系统通过控制LTC1385芯片来达到与外计算机的RS232通讯的目的, 实现采集浊度数据的任务。

系统的设计要求为该系统能够在水下连续工作20天以上, 便携轻巧, 电源供给不能使用体积过大的电池, 因此, 需要对系统进行低功耗设计, 来降低电能的消耗, 延长系统的使用时间。本研究通过硬件和软件两方面来实现对浊度仪的低功耗的设计。

2.1 硬件低功耗器件的选择

在电子元器件中, 同样功能的部件的低功耗差别却是非常大的, 经过分析比较本研究最终选取低功耗元器件, 作为系统的组成部分, 如表1所示。

2.2 软件低功耗设计

本研究所选用的浊度仪的数据采集和通信均采用中断方式, 充分发挥了芯片的休眠低功耗功能。一旦到达采集时间点, MSP430单片机将被中断, 从低功耗模式激发并开始工作, 之后单片机发出控制电平将电源芯片打开, 开始对系统供电。当完成数据采集任务后, 开关芯片和带开关功能的数字芯片将关闭, MSP430F149将进入LPM3低功耗模式, 当处于LMP3模式时, CPU中的CPU、MCLK、SMCLK、DCO模块处于休眠状态, 而ACLK模块处于活动状态。在浊度仪作为从机和主机进行RS232数据传输时, 该过程由主机发起, 浊度仪的USART模块直接接收来自主机的异步通信中断子程序, 通过这种方法降低了功耗的同时又简化了软件流程。最后当所有中断服务子程序结束时, 调用LPM3_EXIT函数, 让MSP430单片机退出低功耗模式并且再次循环, 进入主程序的处理中[7,8,9]。

3 水下低功耗浊度仪的机械壳体设计

低功耗浊度仪系统的机械壳体主要由耐压壳体、浊度探头两部分组成。其总体结构如图3所示。

1-压盖;2-探头镜片;3-光学测量探头;4-光敏二级管;5-红外发光二级管;6-圆柱筒壳体;7-MSP430主控制器;8-电池板;9-断面压盖;10-密封圈;11-六角螺栓

3.1 装置的壳体设计

系统工作于水下0～6 000 m, 抗压性和密封性则是在机械结构设计中最为重要的环节。为保证浊度仪能在高压环境下正常工作, 本研究对浊度仪的内压腔及端部进行了抗压设计, 圆柱筒壳体与两个端盖采用径向和轴向密封。壳体设计标准如表2所示。

3.1.1 壳体壁厚计算

屈服强度σ0.2=635 MPa, 取ns=2, 则[σ]s=635/2=317.5 MPa;

抗拉强度σb=1 080 MPa, 取nb=3, 则[σ]b=σb/ns≈360 MPa;

[σ]b>[σ]s, 许用应力[σ]=[σ]s=317.5 MPa, 焊接系数ε=1, 壁厚MPD/ (2[σ]ε-P) ≈6 mm, 腐蚀余量为1.5 mm, 加工余量为0.5 mm, 断面密封1 mm;

壁厚设计为M=8 mm;

耐压壳体外径D0=D+2M=54+2×8=70 mm。

3.1.2 端盖的设计

端盖厚度取平盖外径D1=100 mm。

3.1.3 壳体密封设计

本研究在探头一端采用螺纹密封, 且端面安装密封O圈。此外, 在另一端采用轴向密封方式, 端盖与腔体通过螺钉紧固, 通过端盖上的水密接插件实现电路腔与PC机的通信。

3.2 装置的探头设计

因浊度的测量采用直角散射法, 笔者在设计探头光学线路时, 让发光二极管与光敏二极管对称放置于浊度仪的两侧, 其入射光与反射光之间的夹角成90° (如图3所示) 。选材时要求要有一定的抗压能力, 且具有良好的光学性能, 本研究选择有机玻璃作为浊度仪透明窗口材料。

其化学性能为:

(1) 透光率92.8%以上;

(2) 电绝缘性能良好, 耐稀酸、碱、油脂;

(3) 软化温度大于135℃。

物理性能为:机械强度和韧性良好。

4 实验室浊度标定

本研究通过采用武汉沃特公司研制的WT-RCOT浊度仪对自制浊度仪进行了实验标定, WT-RCOT浊度仪的测量范围为0～2 000 NTU, 测量精度为2.5%。

本研究使用高岭土配置出了19种不同浊度的标准液[10], 让自制浊度仪和WT-RCOT浊度仪对标准液进行分别测量。根据标定测量数据, 并绘制出了标定曲线如图4所示。通过图4可知, 笔者所研制的浊度仪的线性度为0.993, 测量精度为2.6%。该装置能够满足精度设计指标要求。

5 钱塘江浊度测试

2012年9月25日, 笔者在钱塘江采用自制浊度仪进行了浊度测试, 测试图如图5所示, 由实验室标定可知浊度和电压成线性关系。在15:32～15:40左右系统处于待机状态, 未进入水中浊度显示较小;在15:40～15:43涨潮, 水中浊度迅速变大;在15:43～16:15, 潮水处于一波又一波的状态, 浊度的大小也在上下波动;16:15～18:35潮水慢慢退去, 泥沙也慢慢地沉淀到水底, 水中的浊度逐渐变小。

通过此次钱塘江河试, 测试结果表明, 该自制浊度仪能够用于水下浊度的现场测试。

6 结束语

基于国内浊度仪发展现状, 针对水下长时间浊度数据采集的问题, 笔者设计研制了一种水下低功耗浊度仪系统。

(1) 基于低功耗的设计原则, 笔者采用MSP430F149单片机为主控制器, 对其电路进行了精心设计, 经过分析、优化, 其电池能量足够提供系统在水下工作20天。

(2) 基于水深6 000 m的设计要求, 系统能够承受高压, 具有高的密封性能。本研究所得到的装置体积小、质量轻, 便携易用。

(3) 本研究对所研发的浊度仪系统在钱塘江进行了河试, 试验结果表明该浊度仪能够用于水下浊度的测试。

参考文献

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[9]秦华伟, 杜加友, 杨微.水下低功耗数据采集器设计[J].杭州电子科技大学学报, 2007, 27 (3) :63-66.

低功耗设置工作总结 篇5

首先在使用低功耗时(对于终端节点而言end device)，1.先要将TOOLS文件夹中的f8wConfig.cfg中的-DRFD_RCVC_ALWAYS_ON = FALSE，(这里本来是TURE)，如果这里不改，就无法让接收器进入睡眠

2.在预编译中加入POWER_SAVING，这里是为了让协议栈中的节电选项预编译通过。

在完成这两项工作后，本以为已经可以了。上电试验，但是怎么才能看出来进入没进入节能模式呢？无从考证。所以我们就需要找到睡眠函数，看看它是怎样进入睡眠的，在里面加入个LED控制，进入睡觉状态前LED关闭，唤醒时LED亮起，这样我们便可以清楚的看到CPU到底有没有睡眠，睡眠了多久。

查阅资料，得知，睡眠函数是这个叫做hal_sleep(next)的函数。Halsleep(next)，根据下一个要做的任务(包括用户任务和MAC任务)在多久以后需要去做(next就是表示多久以后要做），如果这个时间不为零，就说明时间未到，CPU是空闲的，所以就去睡眠。

具体代码分析：

注意，这里获取任务到期时间是要获取两个的，因为MAC任务和用户设定的周期任务是分开的。并且比较哪个比较小，就按哪个时间，举个例子，比如你再过5分钟要接个电话，再过10分钟要吃饭，你取10分钟作为任务到期时间，那么也就是说你认为可以睡10分钟，但是在你睡的这10分钟里，电话漏掉了。就是这个意思。

接下来halPwrMgtMode =(timeout == 0)? HAL_SLEEP_DEEP : HAL_SLEEP_TIMER;实际上是综合一下MAC到期时间和用户任务到期时间，把其中小的值给timeout 然后判断它是不是0.如果是说明有任务到期，不能进入深度睡眠，halPwrMgtMode=HAL_SLEEP_TIMER，如果timeout不等于0说明CPU空闲，可以深度睡眠。

上面这几行程序，实际上是判断timeout是不是大于系统设定的最小睡眠时间，你想，如果马上就到期了，系统才睡一小会，没有意义，所以这里做一个这样的判断。举个例子，比如你下一分钟就要去上班了，再睡1分钟也没什么意义，不如直接现在就去上班。就是这个意思。

继续往下

这里其实就是进入睡眠了，在进入睡眠前，先把LED1关掉睡眠过程就不多说了，就是关掉RF收发器，关掉一些没用的东西。当运行到

这里，会把POWERMODE设置成上面halPwrMgtMode =(timeout == 0)? HAL_SLEEP_DEEP : HAL_SLEEP_TIMER;也就是halPwrMgtMode的值，从而睡眠。

再到后面

这里可以看到

也就是睡眠结束，恢复工作。我们可以在这里再加上LED1 ON，使LED1点亮，标志着设备唤醒了。这样我们就可以知道设备何时睡眠的，何时唤醒了。然后烧录程序，继续试验。

结果发现LED灯闪的还是挺快的。这也就是说明有任务在不断的执行，那么是哪些任务呢，上面已经讲过了，任务无非就是用户任务和MAC任务。这样我们先从用户任务入手，一般需要不断执行的，无非就是按键扫描、传感器扫描等，我们就去修改他们的任务到期时间。这里可以推荐大家一种方法，用户任务，需要不断执行的，肯定是要用到osal_start_timerEx函数的，那么我们就可以找这些地方，然后看看是不是要修改的地方，这样定位会比较快一些，直接在edit选项卡中选择search all选项，在搜索关键词里写上这个函数名，便可以迅速定位要修改的地方。

在这里，我的任务只有两个需要不断执行的，一个是按键扫描，一个是传感器数据发送。因为子节点我可以不用按键，于是直接把按键初始化注释掉。至于传感器数据发送，暂时把时间间隔改成10秒。继续上电，结果闪动确实慢了，嗯！有效果，可是灯还是会按照一秒一次的频率闪动，因为用户任务已经修改好了，那么应该就是MAC任务在不断唤醒了。

回想一下学过的概念，节点加入网络以后，是要不断轮询数据，难道是这个东西？于是就在各大网站开始搜索关键词，最终发现果然不假。

Z-stack工程终端设备默认情况下为电源管理关闭，自动轮询消息这一功能是开启的。这里有三个轮询选项，每一个都由一个不同的时间延迟参数控制。当电源管理功能开启后（添加POWER_SAVING），任一个轮询选项的设置都会影响到睡眠模式。时间延迟的设置不能用于DEEP skeep中的轮询，因此限制了降低功耗。这三个轮询选项分别如下：

f8wConfig.cfg里配置的：-DPOLL_RATE等这三个选项改为0即可实现关闭轮巡。当然这样子节点也就接收不到来自别人的无线信息了。

最终试验成功。达到节电目的。

个人工作总结，分享旨在希望能给予大家帮助与方便，如有错误，请多指教。分享请注明出处！谢谢！

解析低功耗仪表设计 篇6

关键词：低能耗仪表;设计理念;电子器件

引言

仪表的发展随着工业化的发展而发展，数字化、小型化、多功能是现代仪表的典型特征。随着现代技术的发展，仪表的集成设备越来越多，因此仪表的耗电越来越多，所以研制一种低能耗的仪表势在必行。基于以上考虑，出现了一种矛盾：一方面，体积小的低功率供电设备无法满足众多数字设备的需求;另一方面，大功率供电设备又因为体积大，无法适应小型化的设计要求。这种矛盾多数表现在手持式仪表中，本文结合现代技术，研究利用程序降低功耗的方法。

一、低功耗仪表的设计理念

随着市场对低功耗仪表的迫切需求，设计人员对仪表的功耗问题也越来越重视。从基础原件的研发到终端产品的定型，都要注意能耗问题，包括各个设计环节都要考虑能耗问题。传统上，在设计阶段就要注意能耗问题，此阶段需要注意的重点在系统能耗上，所采取的降低能能耗的方法多集中在硬件设施上。但在现代技术的推进下，低能耗的仪表设计必须考虑“软硬结合”，对软件耗能也应该考虑在内，因为不同质量的软件耗能可能会有数倍差别。以下，结合这两个方面，简要介绍下常用的技术手段和设计环节。

（一）、注意电路设计

我们对不同的CMOS器件引脚要接稳定的电瓶，以防器件不会因为电荷积累而受到损坏，这样有利于降低功耗，这是因为悬空的输入引脚由于处于0，1之间，使得电路中的反相器P沟道和N沟道都处于导通状态，以至于功耗增大。在PCB板设计中，要尽量避免布线产生的寄生电容，寄生电容在高频环境下会消耗更多电能。

（二）、选择低能耗的电子器件

传统上，广泛采取的低能耗器件是CMOS器件，但随着现代电子技术的发展，新一代的HMOS器件以其速度高、功耗低、可选择的种类多等优良特点而备受青睐。需要指出的是许多器件自身具有调节能耗的功能，如各类新型单片机，可以通过软件控制它们的能耗。在设计时，我们优先考虑具有以上特点的器件。

二、仪表系统的硬件设计

本仪表系统中选用的是MSP430芯片。MSP430系列是一款具有精简指令集的16位超低功耗混合型单片机。它包含冯诺依曼结构寻址方式（MAB）和数据存储方式（MDB）的灵活时钟系统，由于含有一个标准的地址映射和数字模拟外围接口的CPU，MSP430为混合信号应用需求提供了解决方案。MSP430系列的主要特征有：超低能耗的体系结构大大延长了电池寿命;适用于精密测量的理想高性能模拟特性;16位RISC CPU为每一时间片处理的代码段容量提供新的特性，系统可编程的Flash存储器可以反复擦写代码、分块擦写和数据载入。

图1.系统硬件框图

图1.中的硬件按功能可分为数据采集、放大与滤波、单片机、键盘、LCD显示、时钟电路、数据存储、DAC、报警、看门狗电路、RS485通信和电源管理等功能模块。

2.2 模块设计

2.2.1电源模块设计

在整个系统中，用到了±5V、±12V、2.5V、3V。对于±5V和±12V这两组电压是采用专门的电源模块来供电的。由于MSP430型单片机是低功耗的单片机，采用3V供电，要用专用的电源模块来对单片机进行供电。单片机的供电模块是德州仪器公司的TPS76301，这个电源模块是表面贴片式的，输出电压连续可调，可以输出1.6-5.0V的电压，只有5个管脚。

对于放大与滤波模块，在该低功耗系统的输入通道中采用的前置放大器是OPA349。输入通道电路如图2所示，该电路除了放大功能，还能具有滤波功能。

通讯电路，通讯模块是本系统的一个重要组成部分梁。控制器通过通讯模块实现历史运行数据及有关信息的上传和基本参数、控制命令等的接收，设计一个较成功的通信电路将直接影响到控制器的调试、功能发挥及其通用性。

对于串行通讯，通讯接口电路，单片机与上位机之间的数据传送经过RS485收发器NAX485，由单片机的USARTI发送和接收。通讯方式为半双工，由单片机的P3.5口控制数据发送和接收。为了提高数据传输的抗干扰性，RS-485为+5V单独供电，采用高速光耦与其他电源完全隔离，不共地。由于传输线较长而且现场可能有电磁干扰，所以在传输线上并联瞬变电压抑制器TVSC，串联熔断器，并且传输线使用带屏蔽层的电缆。另外还有时钟电路模块，A/D转换模块，LCD显示接口设计，键盘接口模块下面简要介绍下智能终端程序编制流程。

图2智能终端主程序流程图

低功耗仪表系统软件部分设计

单片机应用系统的软件设计和一般的程序设计不同，既有各种计算程序、控制策略程序的设计，还要结合具体的硬件电路进行各种输入输出程序设计。本仪表系统软件采用模块化结构设计，将各功能模块设计为独立的编程调试程序块，这样有利于今后实现功能扩展，而且便于调试和连接，更有利于程序的移植和修改。本系统的软件设计使用的是适用于MSP430系列的C语言，这种C语言与标准C语言兼容程度很高。基于时间触发的混合式调度介绍，调度器就像是一个简单的操作系统，可以周期的或单次的调用任务。实际上，调度器就是一个许多不同任务共享的定时中断服务程序，只要初始化一个定时器，就可以调度多个任务。任务的特征分为4

部分：任务函数的指针、延迟时间、任务执行周期和任务可否执行标记。调度器通过定时器产生一定的时间间隔，根据任务可否执行标记来判断并调度要执行的任务。本通用智能终端中，任务AD转换、开关量采集、LCD显示、输出控制等是合作式任务，按照延迟时间和周期来顺序执行;键盘扫描分解成短任务处理;485通信为中断式任务，执行上位机命令任务，实际上大部分命令任务都是根据命令要求，改变某些变量或寄存器的内容，执行速度很快，可以每来一次命令执行一次，属于单次任务。由系统任务和调度器设计原则，给出调度器任务的属性列表如表1所示。

表1任务属性表

本设计采用时间触发的混合式调度器系统，调度器根据任务的执行周期和延迟时间来顺序调度并执行任务，保证一次只处理一个事件，降低了CPU的负荷，减少了存储器的使用量，从而增强了系统的可靠性和扩展性，并使得系统低功耗设计易于实现。系统主程序主要包括系统初始化子程序和任务函数调度子程序。

结语

通过对影响系统功耗的各种因素的分析，确定了要从硬件选择和软件设计两方面同时考虑、软硬结合来最大限度的降低功耗。本文研究的多用途低功耗仪表系统，可作为我国的水表、燃气表、热量表、电能表以及各种检测仪、监控器等急需电子智能化的实现方案。本文以降低功耗作为主要目标，所研究的多用于低功耗仪表系统，是便携式、低功耗设备的一个比较具体的通用型实现方案。只要根据实际需要加上相应的传感器和修改一下具体软件，该系统能够方便的应用于需要电池供电的多种检测设备。

参考文献：

[1]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京：北京航空航天大学出版社，2009，11.

[2]胡大可.MSP430单片机C语言程序设计与开发.北京：北京航空航天大学出版社，2013，1.

低功耗风光互补电源控制系统 篇7

关键词：无线电监测基站,风光互补,低功耗,LIN总线

城市或者有人居住的区域一般电磁环境比较复杂,而无线电监测设备对各种电磁信号比较敏感,因此监测基站通常设在人员活动较少或不便的地区。 这些地区由于自身所处环境的限制,难以架设供电线路,很难获得电网市电的供应。

风能和太阳能作为可再生能源,分布广泛,越来越受到人们的重视,而且风能和太阳能不论在地域还是时间上的分布都具有一定的互补性。 基于风能和太阳能的这些特点,采用风光互补可以理想地实现基站的离网供电。本文介绍了一种具有低功耗、对监测设备无污染、功能丰富等特点的风光互补电源控制系统[1]。

1 原理与设计

1.1 系统总体构架

系统大致可以分为电源管理、以太网无线数据传输和液晶显示三个部分。

(1) 电源管理部分: 系统具有4 组分布式电池组, 风机和太阳能电池板产生的电能先储存到4 组蓄电池组中,两组为无线电监测设备供电,另外两组作为控制器的电源。 主控芯片通过LIN总线获得风机、太阳能电池板和各组蓄电池的实时状态,以此为根据实现对蓄电池的充放电控制。

(2) 以太网无线传输部分: 系统通过SPI接口实现和以太网控制器ENC28J60 的数据交换,进而通过无线AP与工作站互相连接通信。 工作站可据此获得基站的实时状态,进而实现对基站的远程控制。

(3) 液晶显示部分: 具有3 个可切换的显示界面。 液晶屏具有较高的功耗,现场无人时不需要开启,因此系统设有2 个垂直放置的双元探头热释电模块,当检测到现场有人时启动显示屏。

系统结构示意图如图1 所示。

1.2 主控芯片

主控芯片采用了基于ARM的32 bit Cortex-M3 MCU系列的STM32L152VBT6 芯片。此芯片最大的特点是低功耗,在低功耗模式下,工作频率为32 kHz时其电流消耗只有9 μA,睡眠模式下只有4.4 μA。 STM32L152VBT6 芯片工作电压为1.65 V~3.6 V, 具有24 通道12 bit的A/D转换器, 模数转换速率最高可达1 MS/s, 采集精度和速度均可满足电压电流检测所需的A/D数据采集。

1.3 电源管理部分

1.3.1 电压电流检测

风机、太阳能电池板和分布式电池组均有电压电流检测部分。 使用霍尔电压传感器HFV10-25AS和霍尔电流传感器ACS712 实现对电压电流的检测。 HFV10-25AS内部线圈匝比为2 500:1 000,能输出与检测的电压成比例的电压信号,线性度0.2%FS,响应时间快(只有40 μs),失调电压温漂±1.0 mV。 ACS712 内置有精确的地偏置线性霍尔传感器电路,能输出与检测电流成比例的电压信号,噪声低,响应时间快(5 μs输出上升时间,对应步进输入电流),总输出误差最大为4% ,输出灵敏度高(66 mV/A~185 mV/A)[2]。 电压电流检测电路( 1 路) 原理图如图2所示。

I_IN + 和U_IN + 为需要检测的电流电压进口端,I_ADC和U_ADC为经过霍尔传感器变换后输出的相应的电压值,与控制器的A/D转换器通道相连。 霍尔传感器的应用可以精确快速地实现电压电流的检测,且应用方便、性价比高。

1.3.2 分布式电池组数据传输及控制

主控芯片通过LIN总线获取各个部分的电压电流等实时状态信息。 LIN总线是一个低速的A类串行总线协议,只需要一根12 V的单线总线,最高数据传输速度为20 KBaud,最大传输距离为40 m,一个LIN网络最大可挂载16 个节点。 LIN总线可以简单方便地实现对传输速度和实时性要求不高、功能简单、性能指标要求较低的节点的数据传输和控制[3],而且其较低的数据传输速度和单总线可以减少总线上的功耗,有效降低由总线带来的电磁干扰。 LIN总线应用的结构图如图3 所示。

图3 中的TJA1020 收发器是一个物理媒体连接,它是LIN主机/从机协议控制器和LIN传输媒体之间的接口。 主控芯片通过串口与协议控制器交换数据。 主控芯片的发送数据流被LIN收发器转换成总线信号,而且电平转换速率和波形都受到限制, 以减少电磁辐射( EME ) 。 TJA1020 的接收器检测到LIN总线上的数据流时通过RXD引脚发送至主控芯片。 不需要时可使TJA1020 处于睡眠模式, 此时功耗非常低; 需要时,TJA1020 收发器可以直接通过由主控芯片控制的NSLP引脚激活。

1.3.3 蓄电池组充放电控制

控制器根据LIN总线接收到的各个部分的实时状态信息, 控制由继电器组成的开关阵列, 实现对蓄电池组的充放电控制。

控制系统需要的多种电压值电源经过整流斩波得到,在此过程中不可避免地会在电源处产生干扰。 如若控制系统和无线电监测设备都直接使用风机、太阳能电池板产生的电能,无线电监测设备就有可能在电源上受到干扰,影响监测数据和结果。 因此风机和太阳能电池板产生的电能首先存储到蓄电池组中,且采用不同的电池组分别为控制系统和无线电监测设备供电,其中为无线电监测设备供电的两组蓄电池组采取了充放电不同时的控制方案,即对于J1 和J2,若J1 与触点1 导通,则J2 与触点2 导通; 若J1 与触点2 导通, 则J2 与触点1导通。 采取这种供电方式,可杜绝电源处的干扰对监测设备的影响。 考虑到各地各时的风能和太阳能分布情况有所不同, 设计的风能和太阳能的配比为2:1, 可以通过控制J3 和J4 选择合适的配比, 提高对能源的利用率。 电源切换示意图如图4 所示。

系统所用继电器为一绕组双触点闭锁型继电。 继电器通电动作以后,自动锁定其状态,只有为控制线圈通反向电流才可以改变触点状态。 闭锁型继电器的使用,只需在继电器切换的瞬间为控制线圈通电,从而可有效减少驱动继电器所带来的功耗。

1.4 以太网无线传输部分

由于基站所处位置和环境,铺设有线线路基本不可能实现,只能依靠无线通信。 在此选用5.8G无线AP,因为其频段由于应用较少, 因此数据传输更安全可靠,干扰也较低。 主控芯片通过SPI接口与以太网控制芯片ENC28J60 实现数据交换, 进而通过无线AP实现与工作站的连接和数据传输。 当不需要进行远程数据传输时,可使ENC28J60 进入休眠模式, 可以显著地降低系统的功耗。

1.5 液晶显示部分

显示屏为5 英寸800×480 图形点阵,工作电压为5 V,背光关闭时电流为180 mA, 开背光时电流最大将达到600 mA,功耗较大,因此只有在热释电模块感应到现场有人或者其他需要的情况时,才予以上电使液晶屏工作,其他时间都处于断电状态。 系统中使用双MOSFET芯片来控制液晶显示屏地与系统地的连接, 实现对屏上电与否的控制。

1.6 软件设计

系统程序设计在Keil uVision 4 编译环境下使用C语言编写, 软件流程图如图5 所示。

系统开机复位初始化后首先运行数据采集子程序, 随后进入电源切换子程序。 电源切换子程序运行时, 首先根据检测到的风机和太阳能电池板电压电流情况控制图4 中所示J3 和J4 的配比, 为需要的电池组进行充电。 各电池组根据采集到的电池组电压数据与设定的电压阈值VMAX、 VMIN做比较,若VBAT≤VMIN则控制充电,若VMIN

2 实验

经测试,LIN总线最大传输距离可达40 m, 足以实现基站各个部分之间的数据传输;热释电模块最远感应距离可达7 m,两个垂直交叉放置的热释电模块可以实现对超过40 m2范围的感应, 可有效实现对基站内有人与否的监控。

LIN总线的主/ 从机节点在睡眠模式下只有3 μA消耗,LIN发生故障对地短接时也才只有100 μA的消耗。热释电模块也具有较低的功耗, 静态电流小于50 μA,液晶屏选择合适的背光亮度,实际工作电流在480 mA。以太网控制芯片ENC28J60 工作电流为250 mA, 当进入休眠模式时,电流消耗降为微安级别。 当显示屏和以太网控制芯片同时工作时,系统的功耗最高,达到3.23 W;而当显示屏处于关断和以太网控制芯片处于休眠模式时,功耗只有0.06 W,系统绝大部分时间都运行在此状态,故有着极低的功耗。

低功耗可穿戴检测系统设计 篇8

(1)精确判断使用者的心率;

(2)能将获取到的心率显示出来;

(3)将心率储存到非易失铁电中,并在下次使用时显示;

(4)当心率异常的时候报警提示。

2 微处理器模块设计

CC2541是一款针对低能耗以及2.4GHz应用的功率优化的真正片载系统(SoC)解决方案。它使得使用低总体物料清单成本建立强健网络节点成为可能。CC2541将领先RF收发器的出色性能和一个业界标准的增强型8051 MCU、系统内可编程闪存存储器、8kbbRAM和很多其它功能强大的特性和外设组合在一起。CC2541非常适合应用于需要超低能耗的系统。这由多种不同的运行模式指定。运行模式间较短的转换时间进一步使低能耗变为可能,2.4GHz符合低能耗规范和私有的RF片载系统,支持250kbit/s、500kbit/s、1Mbit/s,2Mbit/s的数据速率。核心原理如图1所示。

3 心率监测模块设计

心率的含义是人在1min内心脏跳动的有效次数。人的身体健康状态取决于人心脏跳动的是否规律。心率对人身体的健康影响很大,数据表明:同是处在安静状态下,心率偏快的人收缩压和舒张压都高于心率正常的人,如果长时间心率加快会促使人患上心血管疾病,最严重时可能会导致人死亡。所以在这种前提下,对心率进行实时监控是很有必要的。

该设计具有使用光电容积法的心率传感模块,光电容积法主要是利用人体组织不同的透光率来对脉搏进行测量。传感器的使用可分为两部分:光源和光电转换器,它们是通过不同的方法固定在患者的手指或耳垂上的。光源选用的发光二极管对动脉血中氧和血红蛋白具有可以选择的波长反应。光束透过人体的动脉血管的时候,动脉搏动充血容积改变了,导致光的透光率也发生了改变,这时反射的光线被光电转换器说接收,紧接着将其变为电信号后放大输出。由于脉搏和血管容积都是周期性变化的,所以可以得出结论:脉搏率可以看做是光电转换器的电信号变化周期。研究表明,最适合提取脉搏信号的波是560nm的波,它能将皮肤浅部微动脉的信息直接地显示出来。此传感器使用的绿光LED的峰值波长为515nm,是一款灵敏度高的环境光感受器,它具有565nm的感受峰值波长,峰值波长都很相似。除此之外,由于脉搏信号的频带、信号幅度均很小,所以抗干扰能力低。由于较低的抗干扰能力需要在感受器后面使用低通滤波器和放大器,用来放大信号。与此同时,需要把直流偏置电压设置成电源电压的一半,这样单片机的AD就可以更容易收集到放大后的信号。其原理如图2所示。

4 心率传感器和心率的计算

心率传感器在软件上进行了心电信号预处理和基本特征点检测的研究。由于脉搏信号的频带、信号幅度均很小,所以抗干扰能力低。由于较低的抗干扰能力需要在感受器后面使用低通滤波器和放大器,用来放大信号。与此同时,需要把直流偏置电压设置成电源电压的一半,这样单片机的AD就可以更容易收集到放大后的信号。通过这样来计算和判断心率以及IBI等参数,具体流程图如图3所示。

5 结论

通过测试,该系统基本实现了设计目标,但在测量中,误差难以避免,可以通过算法的优化来减少误差的产生,让获取到的值更加精确。在设计中,主要通过时间阀值方法,在定时器中断中将ADC采样到的数值进行判断后得到心率。

参考文献

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低功耗电梯呼叫系统的设计与实现 篇9

本文设计了一种低功耗电梯呼叫系统的设计方案, 其采用MSP430为控制核心, n RF24L01为无线收发模块核心芯片, 并配以相应的输入模块和报警显示模块。该系统具有高稳定性、低功耗和高抗干扰性等优点。

1 系统设计方案

本系统由若干个发送端和一个接收端组成, 发送端和接收端都是由超低功耗MSP430单片机为主控模块, 控制Nordic公司的无线收发芯片n RF24L01实现无线收发功能, 在发送端配以按钮作为信号输入模块, 在接收端配以报警显示模块实现信号的直观显示。系统结构框图如图1所示。

图1中, 每一部电梯中都安装一个发送模块, 其中, 电梯内部安装一个按钮作为信号的输入。无线接收模块安装在值班室, 并配以报警显示模块以便信号的直观显示, 供值班人员及时处理, 配以复位电路对报警显示模块进行复位。

2 硬件电路设计

本系统设计为一个“多对一”系统, 即由若干个系统发送端和一个系统接收端组成。每一部电梯内安装一个发送端, 而接收端只需要在值班室安装一个。系统硬件由供电电路、输入模块、MSP430主控模块、无线收发模块、报警显示模块和复位模块这几个部分组成。其中输入模块是由安装在电梯内部的按钮构成, 复位模块的功能由对应的按钮完成。本文重点介绍如下几个部分。

2.1 供电电路

MSP430单片机是一款超低功耗单片机, 其工作电压范围为1.8 V~3.6 V, n RF24L01的供电电压为1.9 V~3.6 V, 故本系统中采用两节5号干电池提供3.4 V电压并配以稳压芯片LM1117即可正常工作。供电电路如图2所示。

2.2 MSP430主控模块

系统主控模块主要是由MSP430F149低功耗单片机来实现。这款单片机拥有丰富的外围功能模块:包括采样/保持功能ADC内核的12位A/D转换器ADC12、转换存储逻辑、内部参考电平发生器、多种时钟源、采样及转换时序电路。有8个外通道, 4个内通道, 高达200 kb/s的采样速率, 多种采样方式。两路USART通信串口, 可用于UART和SPI模式;片内有精密硬件乘法器、两个16位定时器, 6个并行口P1~P6, 48条I/O口线, 其具有64 KB的闪存, 用于存储采集数据。

2.3 无线收发模块

本设计中无线收发功能主要依靠n RF24L01来实现, n RF24L01是一款2.4 GHz的无线单片收发芯片。主要特性:GFSK调制;硬件集成OSI链路层;具有自动应答和自动再发射功能;片内自动生成报头和CRC校验码;数据传输率为1 Mb/s或2 Mb/s;SPI速率为0 Mb/s~10 Mb/s;125个频道;与其他n RF24系列射频器件相兼容;QFN20引脚4 mm×4 mm封装;供电电压为1.9 V~3.6 V。

无线传输单元的电路设计主要是MSP430单片机与n RF24L01模块的连接电路。本设计中, IRQ中断与P2.6脚相连, CE使能与P2.7脚相连, CSN片选与P2.4脚相连, SOMI与P3.2相连, SIMO与P3.1脚相连, UCLK与P3.3脚相连。连接电路如图3所示。

2.4 报警显示模块

在本系统中, 电梯内系统发送端发出的求救信号由值班室系统接收端接收后, 需要将信号显示, 以便值班人员及时处理。在此处, 设计一个蜂鸣器和LED指示灯, 当系统接收端接收到相应的信号时, 控制蜂鸣器发出蜂鸣, LED指示灯闪烁。为了更直观地显示接收到的信号, 系统还设计了将接收端接收到的信号传给屏幕进行显示。

由于串行输入输出口是TTL电平信号, TTL电平在0~5 V之间, 其逻辑1的电平在2 V以上, 逻辑0的电平在0.8 V以下。而只有RS-232电平才能与PC机连接。RS232为全双工通信, 通信距离为15 m。RS-232电平:逻辑1的电平在-3 V~-25 V之间, 通常为-12 V;逻辑0的电压在+3 V~+23 V之间, 通常为+12 V。所以要用到MAX3232转换电平。转换电路如图4所示。

3 系统软件设计

系统的发送端和接收端的主控模块均采用MSP430单片机, 为了使单片机正常工作, 需要先对单片机进行初始化, 停止看门狗, 设置时钟频率, 电源上电复位。单片机MSP430与PC通过串口连接, 要根据UART协议来编程。对串口的初始化:首先USART1控制寄存器UCTL中SWRST和CHAR位置位, 即USART的状态机构和运行标志初始化成复位状态, 选择字符以8位发送。

主控单片机控制n RF24L01是通过配置其寄存器来实现的, 这些配置寄存器可通过SPI口访问。n RF24L01的配置寄存器共有25个, 其常用的寄存器如表1所示。

3.1 系统发送端

系统发送端安装在电梯内, 当需要呼叫求救时, 按下安放在电梯内部的按钮, 此时作为单片机的一个输入信号, 单片机在接收到输入信号时, 通过配置无线收发芯片的寄存器, 将其配置工作在发送模式, 将信号发送。其工作流程图如图5所示。

当按钮按下时, 启动配置PTX, 数据进行预设格式编码后, 开启发送。编码后的一帧数据共占9 B, 帧格式如图6所示。

其中, 帧头采用0x14、0x6F, 占用2 B, 标志着一帧数据的开始, 也即接收端识别到0x14、0x6F时, 将识别接收的数据为有效数据, 这样可以一定程度地去除乱码的干扰。

设备号, 占1 B, 用来区分对传感器的哪个电桥进行操作。

电梯号, 占1 B, 用来存放发送端的号码, 以供接收端识别接收的数据具体是哪个号码的发送端发送的数据, 这样能识别发出呼叫求救信息的具体是哪部电梯。

楼层号, 占1 B, 用来存放按钮按下输入信号时发送端所处的楼层, 也即发出呼叫求救信息的电梯所处的楼层, 这样接收端能够准确地定位发送端的具体位置。

校验值字, 占用两个字节, 为了提高无线通信的准确度和抗干扰性。

帧尾, 占用2 B, 标志一帧数据的结束, 固定为0xeb, 0x90。

发送端将n RF24L01配置为增强型的Shock BurstTM发送模式, 在该模式下, 只要MCU有数据要发送, n RF24L01就会启动Shock BurstTM模式来发送数据。在发送完数据后n RF24L01转到接收模式并等待终端的应答信号。如果没有收到应答信号, n RF24L01将重发相同的数据包, 直到收到应答信号或重发次数超过SETUP_RETR_ARC寄存器中设置的值为止, 如果重发次数超过了设定值, 则产生MAX_RT中断。

3.2 系统接收端

系统接收端安装在值班室, 本系统只需要一个系统接收端。接收端的MSP430主控模块通过配置无线收发芯片n RF24L01的寄存器, 使其总是处于接收模式, 以便随时接收发送端发送的信息。接收端在接收到发送端有效的信息后, 主控单片机对信息进行解码, 并将解码后的信息显示在屏幕上, 同时控制蜂鸣器发出蜂鸣和LED灯闪烁, 以便提醒值班人员有呼叫信息传入。其具体流程如下。

(1) n RF24L01的Shock BurstTM接收模式是通过设置寄存器中PRIM_RX位为高来选择的。EN_RXADDR寄存器必须被使能, 所有工作在增强型Shock BurstTM模式下的数据通道的自动应答功能是由EN_AA寄存器来使能的, 有效数据宽度是由RX_PW_Px寄存器来设置的。

(2) 接收模式由设置CE为高来启动。

(3) 130μs后n RF24L01开始检测空中信息。

(4) 接收到有效的数据包后 (地址匹配、CRC检验正确) , 数据存储在RX_FIFO中, 同时RX_DR位置高, 并产生中断。状态寄存器中RX_P_NO位显示数据是由哪个通道接收到的。

(5) 如果使能自动确认信号, 则发送确认信号。

(6) MCU设置CE脚为低, 进入待机模式I (低功耗模式) 。

(7) MCU将数据以合适的速率通过SPI口将数据读出。

接收端工作流程图如图7所示。接收端还加入了3个复位开关, 以便值班人员在识别到报警信息后, 按下开关, 输入信号, 使MSP430单片机控制对LED灯、蜂鸣器和屏幕的复位。

本文采用MSP430F149低功耗单片机为主控芯片, n RF24L01实现无线收发功能, 并搭配报警显示电路设计了多对一的低功耗电梯呼叫系统。经过实测, 本系统性能稳定, 抗干扰性好。在电梯呼叫端个数控制在一定范围内时, 误码率为零, 能够有效地满足实际应用要求。

摘要：针对传统电梯电话呼叫系统存在的布线复杂和维修不便等问题, 设计了一种采用MSP430为控制核心, nRF24L01为无线收发模块核心芯片, 并配以相应的输入模块和报警显示模块的低功耗电梯无线呼叫系统设计方案。系统是由若干个发送端和一个接收端组成的多对一的无线呼叫系统。经过实测表明, 系统具有稳定性高、功耗低和高抗干扰性等优点, 能有效地应用于各种电梯中。

关键词：MSP430,nRF24L01,低功耗,高稳定性

参考文献

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[3]果争, 许丽艳, 冯一航, 程亚冰.无线病房呼叫系统设计[J].青岛大学学报 (工程技术版) , 2012, 27 (2) :32-35.

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嵌入式系统低功耗设计问题探究 篇10

关键词：嵌入式系统,低功耗,设计

1 引言

嵌入式系统的应用非常的广泛, 在当今智能化电气的推广中也是应用到了嵌入式系统的开发, 比如在冰箱、手机、GPS等等设备中嵌入式发挥着非常强大的作用。嵌入式的设计开发主要实现的就是对于电子设备以及电子信息的智能化, 从而实现操作方便, 智能控制。在嵌入式系统设计中存在着一个问题, 就是低功耗设计问题, 嵌入式系统在应用当中很多都应用到移动设备当中, 这就需要考虑耗电问题, 移动产品能够保持充足的工作时间对于电子产品是非常受到人们喜爱的。

2 嵌入式系统功耗

嵌入式系统包括硬件、软件以及集成电路等等设计方面, 各个模块都发挥着自身的作用, 每部分都需要电源的作用, 嵌入式系统的功耗问题也就应运而生。为了解决嵌入式节能问题以及在移动设备中超长的工作时间, 我们需要进行嵌入式低功耗设计的研究。

当今人们对于绿色环保追求越来越看重, 因此电子产品的耗电问题也是非常的突出, 电子设备一般都应用到了嵌入式系统, 电池的供电相应的也是问了解决嵌入式系统的电量的提供。延长电池寿命, 降低电池的功耗是提高系统性能的有效的手段。

3 硬件低功耗设计

3.1 低功耗芯片、元器件

低功耗元器件是改善嵌入式硬件系统的最直接的手段, 通过选择功耗低且性能良好的元器件, 将硬件电量的耗电性能做到改善是实现低功耗的第一步。当前的芯片中, CMOS芯片具有很低的功耗, 在当前也是非常的热门。在使用CMOS应用时, 不能将输入端悬空。空置的输入端存在电平值, 可能会影响到高低电平转换, 我们知道在数字电路中高低电平的转换代表的就是二进制中的0和1的表示。

3.2 电源管理设计

在模拟电路中会有功放、运放等放大器件, 这些器件一般有两种供电方式, 及正负极供电和单电源供电。在电源管理中, 我们能倾向于单电源供电, 单电源会有两倍的供电电压, 因此作用范围就会增大, 但是由于高电压的应用, 会造成功耗大的问题出现。所以我们在设计电源模块的时候要尽量保持低电压设计, 在设计中现在有一种比较实用的方法, 就是采用不同步的供电技术。通过对各个模块实现低电压供电, 将不同的模块实现不同步供电, 模块不是一直都在供电状态, 通过智能的设计, 在模块需要工作的时间内设置为供电状态, 不需要工作时设置为断开状态, 这样通过对模块的分时供电, 可以实现节能低功耗。

3.3 合理利用I/O口资源

嵌入式处理器供电时, I/O口会带有高电平的输出值, 所以可以充分利用这些I/O口作为其他模块的供电电源, 这就是对于I/O口充分的利用。嵌入式I/O口的供电大概能提供20m A的电流值, 当外部模块的值低于该值的时候, 就可以通过电路设计达到对于外部低电压的供电, 另外就是I/O口最为电源指是要提供电能, 如果外模块的设计对于I/O口产生反馈作用则不能应用, 否则就会因为反馈导致I/O口对嵌入式处理器产生作用, 影响嵌入式系统的正常工作。

3.4 智能电源设计

功耗问题也体现在对于电源的设计上, 通过智能设计电源的供电情况对于不必要电量的节约是解决功耗问题的有效手段。智能电源就是对于电源供电模块的优化作用, 智能电源的作用形式是通过对电源的智能化处理, 实现自动检测芯片的供电情况, 确保电能不被浪费。另外通过电源的设计, 将处理器以及外设模块的供电进行合理的电能提供, 并且采用时分形式, 不同的时间段实现不同的工作状态。

4 软件低功耗设计

4.1 软件编译优化

软件编译对于低功耗的实现时通过不同的软件算法, 将程序运行周期降低, 这样的话实现的就是模块的运行时间缩短, 也就使得电量消耗的时间减小。通过高级语言编写的面相对象的或者面相问题的很难控制低功耗问题, 但是通过汇编、HTML语言编写的就可以实现通过选择性的指令实现编译中对于模块的供电作用的功耗问题。

4.2 软件硬件的合理运用

嵌入式系统实现的是对于单片机以及搭载的嵌入式软件系统的综合应用, 在设计当中考虑的是硬件和软件双方面的作用, 这种作用就是通过软件指令的设计实现的。如果再软件设计上实现将不必要的硬件操作减少的话就会直接减少功耗。当然要考虑软件和硬件分别的处理时间, 通过合理的分配软件和硬件的工作量实现功耗的降低。另外在对于高性能处理器的作用时, 如果过多的使用软件作用, 则高性能处理器体现出的就是大量的功率损耗, 所以要针对不同的嵌入式系统进行不同的减少功耗的合理设计。

4.3 时钟程序设计

软件在进行编译时, 要引入硬件的时钟, 这就是对于软件的延时以及硬件的定时器的设计方面。软件的延时相对硬件来说是消耗功耗多的, 所以在降低功耗上还是尽量使用硬件时钟延时。在功耗问题上我们应当注意, 虽然很多措施都可以实现功耗的降低, 但是也要考虑到工作效率, 如果以降低工作效率来实现低功耗, 那么这就不是正常的发展模式了。

5 结束语

嵌入式的开发注意的问题非常的多, 其中低功耗的设计思想是非常需要考虑的, 但是在设计当中我们应当综合考虑各方面的因素, 在保持工作效率的高效性的同时实现低功耗才是我们所追求的目标。通过综合因素的考虑, 实现软硬件的合理分配, 将先进的电源管理应用到其中, 是实现低功耗的有效途径。

参考文献

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[3]王志超, 王宜怀.基于硬件构件的嵌入式系统低功耗研究[J].信息化研究, 2010 (10) .

LED并启液晶低功耗时代 篇11

液晶显示器

这次我们共测试3款市场上最新上市的LED背光产品，有19英寸的明基V920，21.5英寸的三星EX2220以及22英寸的AOC e2237Fw。我们测试了它们正常使用情况下(亮度调节为50％，其他都调节为出厂默认值)的功耗值，从表中数据可以看出，它们的功耗都进入到了20w以内，和传统的采用ccFL背光产品动辄30、40W的功耗相比，节能幅度达到50％以上。

平民全高清三星EX2220

从EX2220的命名我们可以看出，这是三星推出的一个新系列，主打高性价比，因此在设计上也围绕这一定位。在外观上，三星EX2220舍弃了“绝色”系列时尚华丽的亮漆及注塑工艺，而采用了普通的材质和简约的设计风格。它通体黑色，窄边框，天鹅颈支撑轴，一切看上去都简洁大方，显示实用的一面。

在按键设计上，由于是一款高性价比的产品，三星EX2220舍弃了触摸按键，而是采用了普通按键，而且位于显示器右下方的按键操作起来非常方便。在菜单内容上，和三星的其他中高端产品一样。三星的八大灵技我们都能在里面找到，尤其是Magic Eco，通过提供4种亮度模式来达到快速节能的目的。测试中，亮度100％时功耗为19W，75％时功耗为17W，50％时功耗为15W。而灵妙双屏与灵动视角功能在使用上为用户带来更多方便。此外，你同样可以自定义快捷键，让你使用显示器来更加得心应手。

接口上，三星EX2220设计也非常人性化，采用横向插入的方式，这样的接口布局非常合理，插拔数据线也非常方便。接口上具备DVI及VGA双接口，可以满足普通用户的使用需求。

测试中，三星EX2220表现得中规中矩。在漏光测试中，由于三星EX2220采用了LED背光，控制得非常不错，没有发现明显的漏光现象。亮部和暗部层次略有压缩，三原色中，蓝色还原真实，色彩饱满，红色和绿色表现一般。高清视频测试中，图像细节清晰，画面中的每一个元素都能细腻地表现出来，色彩风格趋于真实，没有过多的渲染，看着很舒服。

目前三星EX2220的参考售价为1349元，性价比还是不错的。

显示器的中国风明基V920

在显示技术非常成熟的今天，在产品琳琅满目的卖场中，如何找到一款适合自己的液晶显示器，我想第一感觉非常重要，也就是液晶显示器的选购标准已经从技术指标转移到了外形设计上来了。

明基一直倡导着液晶艺术化的理念，推出了一款又一款外观设计广受好评的产品。而今年，他们又攫取中国传统漆器的创想，推出了V系列LED液晶，产品尺寸涉及19英寸、22英寸以及24英寸，我们此次测试的是19英寸的V920。

明基V920的最大设计亮点在于其底座，别致的设计理念来源于中国漆器圆盘的概念，具有十足的中国韵味。圆形的底座光亮黝黑，弧形的盘面反射着周遭光影。而盘面边缘的金属装饰环与盘面深沉的漆黑互相映衬，展现出一股宁静美。

明基V920的背面设计也非常精致，为了不破坏整体和谐美，铭牌被移到了显示器的下边框。由于采用LED背光以及外置电源，明基V920做得非常薄，最薄处只有15mm。凭借时尚独特的外形设计，明基Vg20获得德国iF“红点”设计大奖。

除了具有出色的外形设计，在显示效果方面，明基V920搭载了明基最新的第三代Senseye显彩技术，具有对比度强化、色彩增质、锐利度强化、细腻强化及动态调衡等多种先进的影像处理功能，可依不同应用环境进行调节，从而为用户提供鲜活细腻的画面。6种应用情景模式包括电影、游戏、图片、sRGB、标准及Eco模式，在每种特定的显示环境下，为使用者提供绝佳色彩显示方案。

在OSD按键设计上，明基V920采用实体按键设计，按键位于显示器右下方，边框上有相应按键的功能标识，调节起来很方便，按键的手感也不错。

实际测试中，明基V920的整体效果令人满意。其漏光控制得还可以，仅屏幕下边缘有轻微的漏光。三原色还原真实自然，灰度过渡平滑，亮部和暗部层次略有压缩。高清视频测试中，画面清晰稳定，通透感强，细节展示清晰完整。

水晶相框AOC e2237Fw

AOC e2237Fw是AOC最新推出的“洛世奇”系列中的一款22英寸的LED背光产品，定位于时尚消费市场，因此其外形设计也极富创意。它颠覆了液晶显示器传统的设计思路，将所有电路板通过技术整合集中在显示器底部，从而实现了主体厚度仅为22mm的超薄外形。AOCe2237Fw采用亚克力双面整体注塑工艺，加上透明的水晶边框以及支架，使其看上去就像水晶一样晶莹剔透。

AOCe37Fw采用触摸式的OSD按键，按键排列和AOC早期的圆环导航控制键一样，正常情况下，只有位于显示器下边框中央的电源(Menu)键亮着蓝色LED光，轻触按键，电源键周围的4个方向键指示灯亮起，操作上比较方便。

比较独特的是，AOCe2237Fw的下边框中央还有一条工LED灯，可以将它称为键盘台灯。这个设计还是挺实用的，公司午间休息熄灯时，这个LED灯就能照亮键盘，不用“盲打”。而周围光线充足时，蓝色的LED灯能分散你的注意力，缓解用眼疲劳。并且LED灯的亮度是可以调节的。

另外，仔细观察，AOC e2237Fw左下角有个光线感应器，这是AOC最新提供的i-Care感应器，能根据环境光线强度自动调节显示亮度。

测试中，AOC e2237Fw的漏光控制得很好，没有发现明显的漏光现象。三原色显示中，红色和蓝色都有不错的表现，色彩真实自然，相比之下，绿色略显单薄。显示静态图像时，图像的层次丰富，暗部亮部的细节都能清晰地展现。高清视频测试中，画面清晰稳定，色彩真实自然，人物的肤色也有很好地表现。

在功耗测试中，亮度100％时。e2237Fw的功耗是21W，当亮度降为50％时，功耗为17W，可以说节能方面做得还是不错的。另外，屏幕下方的LED灯亮度从最亮到关闭，显示器功耗相差1W左右。

低功耗嵌入式系统的分析与应用 篇12

1 什么是嵌入式系统

嵌入式系统跟传统的计算机系统存在很大区别, 相比计算机能够更灵活的处理具体的应用功能, 在软硬件上也是如此, 同时该系统还具有不是PC系统但却同样具备计算机功能的一套独有系统。嵌入式系统的主要作用是进行辅助控制和检测等, 它属于融合多方面的先进技术而进行针对性运行的系统。

嵌入式操作系统、嵌入式微处理器、用户应用软件和外围设备是构成嵌入式系统的四个基本部分, 其中嵌入式微处理器和外围设备是嵌入式系统的硬件设备, 嵌入式操作系统和用户应用软件则是其软件部分。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的任务分配和内部控制, 嵌入式微处理器则是嵌入式系统的关键核心, 它能处理相当多的不同功能, 并能将系统的可靠性和效率提升到一个新的高度。

2 低功耗嵌入式系统技术的起源

近年来, 人类经济社会和科学技术的快速发展消耗了大量的能源, 造成不少能源面临枯竭的局面。面对这种情况, 那些高能耗的技术都应该加强创新, 减小能源的消耗量才能获得更长远的可持续的发展。

嵌入式系统在这种大环境下应该走绿色环保的可持续发展道路, 积极跟全球进行更好的融合和交流, 同时也要加强自身的创新能力, 加快低能耗技术的发展, 缩减成本、降低能耗作为竞争优势, 从而收获更大的利益。

3 低能耗嵌入式系统的基础

嵌入式硬件和嵌入式软件是嵌入式系统的两个主要部分, 主要包括前面提及的四个基础部分, 嵌入式系统的这两个层次是研究低能耗技术的主要方向。

对于嵌入式硬件部分低功耗的探究, 应该研究这些部分:电池是硬件部分追求低能耗研究不可忽视的部分, 因为电池对于移动设备来说是判别他们好坏的一个重要参考因素, 生产出耗电量小、储存电力能力也强的电池是研究硬件低能耗的一个重要部分;用于制作低能耗硬件的材料是嵌入式系统追求低能耗的另一关键, 性能好、材质高的材料主要是依靠材料的更新换代而得到, 因此它主要受外界的因素影响。嵌入式微处理器在使用时将多余冗杂的部分丢掉而只保留了主板功能, 从而极大的提高了低功耗的效率, 而体积大幅度减小则促使低功耗技术获得更好的发展。

而嵌入式系统低功耗软件部分的研究, 则主要集中在算法级的功耗优化等有关部分, 它也能为系统降低功耗做出相应的贡献。

4 低功耗嵌入式系统怎样实现创新

随着大型集成电路规模的不断增大, 对芯片的功耗也越来越大, 而低功耗嵌入式系统技术在嵌入式系统不断发展的条件下, 也有了更高的创新要求。怎么减少硬件设施的使用材料, 怎么更新工艺节约成本, 怎么在能耗最小的同时还能获得利益最大化, 怎么谋求电池等硬件设施的技术进步, 怎样改进算法编程, 让软硬件更好的结合在一起, 这些都是在嵌入式系统发展过程中实现低功耗需要考虑的问题。

5 低功耗嵌入式系统技术的运用

在知识更加丰富, 科学技术更加发达的信息化时代, 多种学科和各种知识互相结合的技术性综合性嵌入式系统已经得到了广泛的应用, 并且还将面临更好的发展机遇。

嵌入式系统硬件和软件部分是低功耗技术的两个主要应用方面。

嵌入式系统的根本是它的硬件部分, 对硬件的低功耗技术发展相对较早, 因此具备一定的技术实力, 同时也很难在短时间内获得重大的突破。

而对于系统应用的关键核心以及重要组成部分, 系统的软件应用进行低功耗研究开发意义重大, 对降低整个系统的能源消耗都有着非常积极的作用, 这样才能从根本上实现低功耗的效果。

6 低功效硬件技术的应用

嵌入式微处理器和外围设备等嵌入式硬件系统的低功耗技术已经达到了一定的水平, 并且在电子商务和工业控制, 以及在人们的日常生活中都有了比较广泛的应用, 选择使用能耗较低的组成部分对于降低嵌入式系统的硬件耗能效果非常明显。比如ARM微处理器就是能耗非常低的一种硬件, 它已经被广泛应用于许多移动设备等电子产品中, 而且它体积小、能耗小但性能强等优点为开发低功耗硬件指明了发展方向。

拥有嵌入式系统的设备有着更加严格、精确的要求。以芯片为例, 因为电路器件的老化跟热载流子和电迁移等有关, 所以对芯片的散热要求更高:功耗的增加会使芯片的温度升高进而导致一连串的机制故障, 比方说一些封装故障、电迁移等, 温度每升高一度, 器件出现故障的概率就会升高两倍。而使用低功耗嵌入式系统的芯片能使器件的损耗降低一倍, 因此有必要加强对低功耗嵌入式系统的运用。

7 低功耗软件技术的应用

将嵌入式操作系统进行优化是嵌入式系统软件部分进行低功耗研究的主要目的, 要实现这一目的需要同时对编程和算法等方式和功能消耗策略管理等方面进行优化。

对嵌入式系统的核心部分应用低能耗技术对于降低整个系统的能耗意义重大, 因为嵌入式操作系统控制着整个系统的任务分配。要提高系统工作效率, 并且让暂时不工作的部分处于一种更节能的状态, 从而让整个系统的能耗降低, 是我们目前努力的方向。

8 结语

在经济社会和科学技术不断发展的同时, 也消耗了大量的能源, 使那些能源消耗较大的行业面临巨大的挑战。嵌入式系统必须从硬件和软件两方面向更加节能、能耗更低的方向发展, 才能获得更好更长远的前景和更加广泛的应用。

摘要：嵌入式系统设计领域普遍会遇到低功效系统的能量消耗问题, 制约着整个嵌入式系统的应用和发展。为了实现嵌入式系统耗电量的减少, 对嵌入式系统的主要功耗来源进行目标分析和判断, 根据确定的目标进行针对性的分析找出相应解决办法, 以此降低嵌入式系统能耗。为此探讨分析怎样使嵌入式系统的能耗降低, 而从系统的软硬件两个角度进行一些具体分析。

关键词：嵌入式系统,低能耗硬件设计,低功耗技术

参考文献

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