您好、欢迎来到现金彩票网!
当前位置:爱彩网app下载 > 功耗 >

超低功耗倾角测量仪的设计

发布时间:2019-06-03 09:16 来源:未知 编辑:admin

  的设计中,使用了T I公司的M S P 4 3 0、T P S 6 1 0 7 0、TPS61040和TPS54331等器件和加速度,此单片机不仅具有处理能力强、运算速度快、片内资源丰富等优点,而且具有超低和间歇工作的优势。其在工作时工作电流只有200uA左右,当处于休眠状态时其工作电流在1uA左右,较好的满足了超低功耗和控制运算的需求。在实际使用中,我们让它工作在2.5V,省电模式下RAM数据保持在低功耗模式,消耗电流仅0.1μA.

  其次, 设计中还使用了T I 公司的芯片TPS61070和TPS61040组成两级BOOST升压电路,相对于反激式升压电路相比,该方案不但效率高,而且有利于降低电源损耗。

  在选择降压电路方案中,使用了TI公司的TPS54331芯片组成BUCK降压电路。当25V将至2.5V时普通的线%,但是这块芯片在轻载情况下效率也可达到30%以上,而且功耗低。此次设计中,主要使用TI的芯片,性能很好,对制作的实现起到了促进作用。

  本设计要求通过测量重力加速度进行角度测量,并保证精度达到±1度以内,用2200uF电容供电,在工作情况下能持续工作60秒以上,并用1.5V干电池给电容充电。

  方案一:采用DSP,具有高精度,运算速度快的优点,但DSP功耗高,不满足本设计低功耗要求。

  方案二:采用ATML的12C5A16AD,这款单片机价格便宜,但是运算速度比较慢,功耗大,不符合本设计的要求。

  方案三:采用TI公司的MSP430单片机为控制系统。此单片机不仅具有运算速度快的特点而且具有间歇工作的优势。在工作时其电流在200uA左右,当处于休眠状态时其电流在1uA左右,较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。

  方案一:MMA7455,它是10位精度三轴数字加速度传感器,具有I2C,SPI通信接口,但是测量结果偏差较大,需要校正。

  方案二:MMA8452加速度传感器,此传感器是一款智能、低功耗、三轴、电容式微机加速度传感器,具有体积小,重量轻和丰富嵌入式的特点,可以减少整体功耗,有利于实现系统的超低功耗运行。此传感器具有12位高精度,偏差小,不需要校正的优点,而且能够返回数字信号,有利于信号采集与功能实现。

  方案一:用7805组成线虽然能将电压降到要求值,但是,7805的工作原理就是将额外的压降加在了芯片上,当电压由25V降到5V时,7805会严重发热,功耗很大,在超低功耗下很难工作。

  方案二:用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与控制系统的功能,可以实现25v到3.3v的稳压。用此芯片实现的开关型BUCK降压电路功能,比功耗小,效率也高。

  方案一:用反激击式升压电路,此电路虽然实现输入输出隔离,但是此方案工作效率低,功耗大,不利于1.5v蓄电池长期使用。且反激式电路需绕制高频变压器,占用空间较大,不利于使用。

  ,相对反激式升压电路相比,该方案效率高,易于低功耗设计的实现。综上论证选择方案二。

  电路,将1.5V电压升到充电电压25V给电容充电。用充好电的电容通过BUCK电路降压对测量仪进行供电,通过测试按键发出信号后测量仪进行测量后显示。系统设计框图如图1.

  低功耗单片机控制,通过MMA8452加速度传感器将加速度在X、Y、Z轴上(芯片坐标轴如图2)的分量通过I2C通信传到单片机里,根据几何关系进行角度计算后由HT1621驱动的4位LCD角度显示。显示分辨率为0.1度,精度达±1V,测角范围为0-90度。

  从倾角传感器输出到单片机的是重力加速度的XYZ轴分量,通过以下公式计算出:设X轴与水平面仰角α度,将坐标系投影到XZ平面,可得一平面坐标系,由此可求得各轴上的静态加速度值:

  MSP430此单片机不仅具有运算速度快的特点而且具有间歇工作的优势,在工作时其电流在200uA左右,当处于休眠状态时其电流在1uA左右,较好的满足了超低功耗的要求和控制运算需求。

  我们选用的MSP430单片机在典型的200KHZ时钟、2.5V电压下工作时,仅消耗2.5μA,在1MHZ时钟、2.5V电压下工作时有250μA,在RAM数据保持在低功耗模式下消耗电流仅0.1μA.它具有5种工作模式,不同模式下消耗在0.1~400μA间,待机模式下消耗仅0.8μA.将CPU置为省电模式,可以大大减小能耗。

  HT1621驱动的段位显示屏,此显示屏虽然屏幕比较小,显示内容有限,但是此显示屏可以在极低功耗下工作,外接32KHZ晶振,而不用内置时钟源,可以将工作电流控制在60μA以下。与普通的LCD显示屏相比,此显示屏不用背光,断码显示,用I2C

  传值,功耗更低。此显示器驱动芯片有间歇模式,处理完指令后可以进入间歇模式,等待激活后继续处理数据。这样可以大大降低功耗。3.2.3 加速度传感器功耗

  如图3所示,此传感器开启后可以工作在唤醒和休眠2种模式下,当可以设定工作时长,节省能耗。低功耗模式下工作电流仅为14μA,正常模式下工作电流为24μA.

  用TPS54331芯片构成开关型BUCK降压电路。TI的TPS54331芯片集成了MOSFET与控制系统的功能,可以实现25v到0.8-5v的稳压。用此芯片实现的开关型BUCK降压电路功能,比线性电源功耗小,效率也高。

  我们为了进一步降低功耗,将单片机供电调整到2.5V,可以使MSP430工作在极低功耗下。

  由于电容电压为25V,所以必须采用降压电路将电压降到2.5V后对电压和加速度传感器供电。为了减小功耗采用TI公司的的TPS54331芯片组成

  。此芯片组成的Buck电路最大极限是由28V降到0.8V,且该芯片稳定性好,精度准,功耗低等优点。Buck电路图如图4.

  TPS61040芯片最大升压范围是由1.8V到28V.TPS61070芯片最大的升压范围是由0.9V到5.5V.所以由单独一片芯片不能制成由1.5V到25V的Boost升压电路,故采用两级升压。这两种芯片都具备稳定好,精度高,功耗低等特点,对充电稳定有重要意义。充电装置电路图如图5-1.

  测试按键与单片机相连控制是否进行测试,单片机与MMA8452加速度传感器通过I2C通信,由单片机与显示器连接进行显示,加速度传感器外围电路图如图6.

  系统供电后,单片机启动首先进入休眠状态,并实时监测是否有键按下,若无键按下,继续等待;若有键按下则根据按键功能进入测量状态或模式转换显示,然后由液晶显示新测量的数值,单片机重新进入休眠状态,继续检测是否有键按下。

  调整好水平台,将斜坡放在水平台上,将电容充好电后尽快的接入测量仪中,然后调整斜坡进行测试观察电容能工作时间和测量的角度。

  如表1、表2所示,2200uF电容供电,以每5秒一次的频率进行测量时,测量仪工作时间约3分钟。

  仪由于设计合理,结构简单,方案选取恰当,单片机、芯片和电阻电容等参数选取合适,所以很好的满足基本和发挥要求,真正实现超低功耗的功能。本设计以超低功耗为目标,设计制作,较好的完成了超低功耗工作的目标,并实现了较高的精度,成功的完成了设计目。该作品可用于实际测量,在实验室及工业生产中可作进一步推广。

http://adcamp.net/gonghao/469.html
锟斤拷锟斤拷锟斤拷QQ微锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷锟斤拷微锟斤拷
关于我们|联系我们|版权声明|网站地图|
Copyright © 2002-2019 现金彩票 版权所有