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低功耗設計論文范文1
從嵌入式處理器來看，從最初的4位處理器，目前仍在大規模應用的8位單片機、到日益受到廣泛青睞的32位MCU，以及更高性能的64位嵌入式處理器，目前具有嵌入式功能特點的處理器已逾千種，數十種常用的體系架構。廣闊的市場應用前景吸引了大量的半導體公司參與競爭，其中從ASIC、MCU、DSP到FPGA以及因為結合了MCU和DSP優勢而近年來異軍突起的匯聚式處理器，處理器速度越來越快、性能越來越強，而功耗和價格卻越來越低。目前。豐富的嵌入式處理器已經廣泛應用到從國防、工業、汽車到醫療設備和消費電子等幾乎所有的行業和領域。
匯聚式處理器解決嵌入式設計技術挑戰
盡管嵌入式設計經過數十年的發展，在核心處理器硬件平臺、嵌入式操作系統和開發工具上已經有廣泛的選擇，然而隨著市場競爭加劇、系統日益復雜化，目標應用對系統的功能、性能、成本的要求也日趨苛刻。工程師所面臨的設計挑戰似乎并沒有隨著半導體技術的發展降低，甚至日益增高，工程師在進行方案選擇時必須正確評估應用面臨的挑戰。
處理能力要求越來越高。系統本身的復雜功能、友好的界面設計要求、各種接口和通信需求都需要占用大量的MIPS處理能力，單一的傳統MCU或ASIC很多時候難以滿足系統高處理能力的需求，雙芯片甚至三芯片解決方案日益增多，但隨之而來的高設計復雜性、功耗和BOM(材料清單)成本讓方案缺乏競爭性。此外，當前嵌入式系統設計，特別是一些新產品和功能復雜的嵌入式產品設計，要在設計周期很有限的條件下完全從零開始實現設計已經變得不現實，也不具成本效益。因此，是否能提供完善的開發工具套件、必要的軟件模塊、成熟的參考設計、系統設計支持，以及是否有完整的設計生態系統等，對于是否能按期高質量地完成系統設計非常關鍵。
標準的多樣性和不確定性帶來產品升級換代的顧慮。當前在各個行業都面臨一些創新型應用，例如智能電表和智能視頻監控等，這些應用都具有一定開創性，目前沒有或尚未形成行業統一的標準，如何在保證搶占市場窗口期的先機，同時確保當前的設計滿足未來變化的市場和技術需求，必須考慮方案的可擴展性和性能裕量。
低功耗的要求日益苛刻。處理器性能要求越來越高，而系統功耗要求越來越低，這幾乎形成一對矛盾。然而，實際設計過程中，工程師不得不面對這種近乎矛盾的需求。隨著半導體工藝技術、嵌入式處理器架構優化以及設計技術的改進，低功耗設計技術日新月異，電壓、工作頻率自適應調整技術、多工作模式的節能技術、數字電源管理技術，以及低功耗的最新半導體工藝技術應用層出不窮。在眾多方案中選擇滿足設計功率預算要求的系統方案也是系統設計成功的關鍵因素之一。
選擇具有廣泛嵌入式系統支持能力的解決方案非常重要。目前可用的嵌入式操作系統眾多，各具優勢，硬件平臺方案對這些操作系統的支持能力是進行方案選型的考慮要點之一。
以Mcu或AsIc為核心器件的硬件平臺方案在解決上述嵌入式系統設計要求上正面臨挑戰，有限的處理能力通常難以滿足很多應用的高處理能力需求，或者缺乏進行功能擴展和產品升級換代的設計靈活性，某些設計為了滿足系統的處理能力要求而增加DsP或協處理器，從而增加系統的復雜性、功耗和成本。
結合MCU和DsP性能優勢的匯聚式處理器是有效解決上述設計挑戰的方案之一，而ADI公司Blackfin處理器是目前市面上唯一的匯聚式處理器產品。匯聚式處理器典型應用有電力應用的智能電表，安防應用的視頻監控，醫療設備的便攜式房顫監測儀，工業應用的3DLevelScanner三維曲面測量儀等。預覽全文，請訪問本刊網。
科學大師是引用出來的
在一次期刊培訓會上，我國一位期刊研究專家語出驚人：“科學大師不是評出來的，而是引用出來的?！崩邕_爾文的相對論、牛頓三大定律的引用率都屬最高級。但目前，我國科技論文的引用量和引用率偏少，這不僅不利于眾多科研成果傳播，也不利于科研新人的顯現，因此，應該鼓勵科研人員在學術論文中多引用文章和著作。
低功耗設計論文范文2
>> 低功耗10位100 MHz流水線A/D轉換器設計 8bit超級馬里奧方塊吊燈 4?bit FLASH ADC行為級建模與仿真 超低功耗8位Mcu等 一種用于14 bit SAR ADC的DAC設計 一種12bit CMOS全差分SAR ADC A BIT TOO DARK BIT of Legal Bother 中美BIT來了 I Bit My Tongue 中美共圖BIT 采用LMS數字校準的13位200MSPS ADC設計 高性能低功耗 ADI新推26款高速ADC產品擴充其低功耗數據轉換器產品組合 a bit與a little THE BOY’A BIT SPECIAL BIT談判：歐洲的籌碼 飛思卡爾SO8QE系列低功耗微控制器分析 淺析低功耗儀表設計 異或門的低功耗設計 常見問題解答 當前所在位置：
關鍵詞：低功耗；流水線；時間交織；逐級遞減。
DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.020
移動無線通信系統是模擬數字轉換器的主要應用。高性能的交流特性，主要包括信噪比（SNR）和無雜散動態范圍（SFDR），能夠提供更好的無線通信覆蓋率，更多的載波，更好的質量和可靠性。功耗和面積對于移動無線通信系統也非常重要。
在多種ADC中，流水線ADC是最適合做高速高精度的。目前的設計趨勢是在低功耗下實現高性能。運放共享及開關運放技術被廣泛地應用于降低功耗上[1-3]。但是此技術只適合低速ADC。本文中采取的一些技術可以在不犧牲性能的情況下來節省功耗。該ADC在200MSPS，輸入信號頻率為41MHz時達到47.7dB的信噪比，電流僅為40mA。
論文的組織如下：第二章介紹流水線ADC的結構。第三章介紹了流水級、放大器和基準產生電路等的具體結構。第四章給出最終的測試結果。
流水線ADC有兩個通道，每個通道都工作在100MHz下，包括5個1.5 bit流水級和一個3bit flash ADC。傳統的轉換器。第一級流水級一般為多位數，例如3.5bit或4.5bit。但在文中采用的是1.5bit的。其中有兩個原因：第一，文中ADC是時間交織的。它有兩個通道，任何不匹配都會降低性能。第一級的多位數會引起比1.5bit更多的失配，因為多位數相對于1.5位會有更多的電容和開關。第二，在8位100MHz ADC中放大器功耗不大，所以第一級選取多位數并不比采用1.5bit和逐級遞減技術的更省功耗。系統結構如圖1所示。
流水線ADC中還有基準源和時鐘等。基準源必須滿足PVT變化，所以要仔細設計符合要求；時鐘發生器為所有流水級提供時鐘，時鐘偏移會嚴重影響性能。時鐘的驅動必須設計適當，如果驅動太大會消耗過多的功耗，而版圖中會有很多寄生電容，所以為保證性能要留一些裕度。
如圖2所示，對于電荷轉移結構來說，第一個和最后一個交叉點總是位于-1/2 和 1/2處，但輸出幅度會被？影響。對于電容翻轉式結構，第一個和最后一個交叉點會被 影響，但是輸出幅度不會被？影響。在電荷轉移結構的-1/4 和1/4處的跳變高度相對電容翻轉式結構來說更接近Vref，分別為0.95Vref和0.9Vref。流水線ADC一般采用冗余位用來校正。如果失調只發生在第一級（假設其他級都是理想的且都是2bit），那么校正過程如圖3所示。
因為交叉點總是都在-1/2 和1/2處，且1/4 或-1/4處的跳變高度比電容翻轉式的大，電荷轉移結構能更好的實現校正。
當？是正數時，電荷轉移結構會造成失碼，但是對比于電容翻轉結構在交叉點和跳變電的偏差，失碼引起的誤差對性能造成的影響較小。圖4給出不同電容失配情況下兩種結構SNDR的變化。
放大器
本電路采用的不是傳統的兩級放大器。第一級是共源放大器，第二級是共源共柵放大器，如圖5所示。
跟跟傳統二級放大器比有兩個優點。第一，其增益要比傳統結構的高。因為第二級放大器是共源共柵放大器，所以輸出阻抗大，進而增益也大。第二，因為第二級是輸出級，所以輸出級的極點是主極點。通過仔細的設計，可以使主極點遠離第一級的非主極點。這就意味著不需補償，減小了負載電容，所以與傳統放大器比，更小的電流可以獲得更高的帶寬。這對低功耗設計非常重要[6]。
這里選用了開關電容共模負反饋，因為它相對連續時間共模負反饋更穩定。這里有一個改動，即增加了SD1和SD2兩個開關。此設計減小了電荷注入和時鐘饋通的影響，所以電容C1和C2被的取值可以C3和C4一樣而不是遠大于C3和C4。這種結構可以實現更高的速度。
根據計算，增益和帶寬的要求可以通過公式計算得到，因為電路中一個通道是8位100MSPS的，所以其增益要求為61dB，帶寬要求為794MHz。仿真結果如圖7所示。
其他電路
低功耗設計論文范文3
【關鍵詞】WiFi；無線傳感器網絡；低功耗；流量熱量測量
【中圖分類號】TP216+.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01―0158―01
0 引言
目前國內工業監測趨向于支持無線和實時監控，基于傳統電氣連接方式需要在場地內進行布線，短距離可以，長距離傳輸質量會受到影響，檢查線纜又受到穿墻入地等條件的限制十分不便。
渦街流量計因其介質適應性強、可靠性高、壓力損失小、量程比寬等優點，在許多行業中得到了廣泛應用。為了滿足用戶方將工業測量數據傳輸至能源管理系統的需求，設計把WiFi這種短距離無線技術，應用在工業測量以及無人值守站基礎通訊模組上，使其完成流量熱量監測的任務。利用WiFi的突出優勢在于：一使用開放的2.4GHz直接序列擴頻無線技術；二是WiFi的傳輸速度非?？?，最大傳輸速率為11Mbit/s，在信號較弱或有干擾時，帶寬可調整為5.5Mbit/S、2Mbit/S和1Mbit/S；三是進入門檻低，只要支持WiFi的終端設備都可以按照一定的權限加入到WiFi網絡中即可。在流量檢測系統中，使用其進行節點參數的采集與傳送、控制信號的傳輸與控制，避免在現場布設繁瑣的數據線，對降低成本和能耗都有一定的意義，使監測系統的擴展性更靈活。
工作站通過相應集成系統自動采集各監測終端采集的數據并存儲匯總，將信息輸入服務器，服務器負責提供相應的集團數據指標進行控制，同時提交給數據服務中心相應的數據，而便攜終端（如PDA終端）或者其他帶有無線WiFi功能終端（如手操器，或者筆記本電腦等）則可以設定參數，并提交服務器或者直接發送相應指令給傳感器或者執行機構。
根據以上功能需求設計基于WiFi的渦街流量計流量熱量監測終端，其主要結構包括流量熱量采集終端和無線抄表單元兩部分，按照預設參數的要求存儲傳感器測量的流量、熱量，經過模擬數字轉換后傳輸到無線抄表單元中。無線抄表單元中帶有WiFi傳輸發射裝置，經由100米范圍內的AP點通過TCP/IP協議連接至局域網內，使得網內其它連接在AP點上的設備相互通訊，也可以經過IP NetWork傳輸到上位機，上位機的接入也可采用多種方式，可通過有線、無線接入互聯網，可根據需要以及實際情況靈活的選擇上層方式。
1 硬件系統設計
1.1 監測終端結構
監測終端硬件部分主要是低功耗WiFi模組與流量熱量測量部件的對接。其硬件結構主要包括：32位MCU、FLASH芯片、電源芯片、液晶屏、低功耗WiFi模組。其中主要模組由PIC32MX處理器和MRF24組成，負責管理整個系統的運行和數據運算與處理。
1.2 WiFi模塊簡介
Microchip公司的MRF24具有內置天線，兼容的表面安裝的RF收發器模塊，包括了所有的RF元件：晶振、旁路和偏壓無源元件以KMAC，基帶RF和功率放大器；內置的硬件支持AES和TKIP。
1.3 無線模塊硬件接口
WiFi模塊與現場儀表之間采用SPI接口進行通信，PIC32做為主設備，MRF24作為從設備。將主從設備中的SCK、SDO、SDI引腳互聯，PIC32通過RB3控制MRF24的CS，實際功能相當于片選。另外，由于在WiFi通信的過程中需不斷檢測WiFi模塊的狀態信號，因此將MRF24的中斷信號INT接到PIC32的INT4腳，當有WiFi通訊請求時通過此口向PIC32發送中斷請求信號。PIC32的RB4口接至MRF24的RESET管腳端，用于軟控制其復位，PIC32的RB5口接至MrF24的HIBERNATE管腳端，在無數據傳輸的時候控制其處于休眠狀態，便于降低系統功耗，節省電池電力，在需要喚醒時再通過此管腳喚醒，以控制模塊狀態。
2 軟件的設計
2.1 整體框架
儀表軟件具有啟動引導程序、儀表運行主程序、數據文件系統、驅動程序、通訊傳輸程序，各程序模塊采用中斷優先級管理和輪詢運行相配合的方式運行。
儀表運行主程序包含人機界面，鍵盤操作、數據處理、數據傳輸、數據存儲、狀態檢測。數據采集模塊負責采集、發送數據，同時需要完成硬件檢測、網絡配置工作。通信模塊構建通信鏈路，完成數據協議轉換。監控模塊主要負責數據處理以及設備調校等。狀態部分主要用來檢測傳感器以及通訊部件的通訊連接狀態，以及時鐘授時部分。
2.2 程序設計
這部分包括通訊參數初始化，無線模塊設置狀態，等待召測命令，數據發送。運行流程如下：
先硬件初始化和操作系統初始化，檢查系統內存映射，將內核映像，從Flash上讀到SDRAM中，為內核設置啟動參數，調用內核。當遇到中斷請求時，總是先響應中斷請求，執行完中斷后，中央處理器執行為看門狗程序，然后執行儀表數據讀取判斷召測與否，如果需要召測數據，將存儲單元內FLASH芯片中的流量值信鼠等通過WIFI無線通訊模塊發送給上位機；首先經由遠程主機定時發送要求信號，WIFI模塊也定時處于喚醒狀態，信號經WiFi模塊轉換傳入單片機，單片機解析命令，命令中包含遠程通訊協議封包數據，CPU將兩部分數據進行解析，根據解析的內容，選擇現場采集模塊某一路進行工作，同時將標準協議數據信號部分通過CPU的SPI接口送入WIFI模塊；WIFI模塊對接收的數據進行封包處理轉換，采集模塊將數據發送到終端智能儀表設備；然后設備進入延時等待狀態，當采集模塊有新數據響應時，采樣電路進行采集信號，再由處理單元將信號放大整形濾波，由CPU進行接收后，對數據進行處理，添加通訊設備信息，并將數據傳入WIFI模塊，由WiFi模塊傳送至遠程終端。如果接收到上位機發送的實時參數調整指令則調用本地程序進行參數調整；之后返回主程序。
3 結束語
這一應用方案立足于工業無線抄表系統，節省前期布線以及后期有線維護成本，滿足低功耗的要求，實現工業流量、熱量測量數據的遠傳和實時管理，是一種較為經濟有效的方式。采用WIFI架設無線網絡，架設簡單，其無線電波覆蓋范圍廣，傳輸速度快，門檻較低，只需要在現場設置“熱點”，工作人員只需要具有支持WLAN的設備進入熱點的覆蓋范圍，即可高速接入局域網或者Internet定時或實時召測數據并上傳，不用耗費大量人力物力來進行網絡布線接入，節省大量成本。在工業現場具有一定的應用價值。
參考文獻
[1]王斌.基于MSP430的低功耗數字渦街流量計研究碩士論文天津大學
低功耗設計論文范文4
【Abstract】With the progress of science and technology， the clock is developed from the original droplet to the mechanical， developed to today's electronic clock， and the electronic clock gradually developed into the current multi-functional intelligent calendar.The progress of clock has brought great convenience to people's production and life.This paper describes a design scheme of intelligent perpetual calendar based on MCU， intelligent perpetual calendar， carries out the production and testing of the object， and achieves the purpose of intelligent calendar.This calendar has the advantages of simple structure， high stability， small error， and convenient maintenance.
【P鍵詞】萬年歷；單片機控制；智能化
【Keywords】 calendar；MCU；intelligent
【中圖分類號】TN216 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0167-02
1 引言
如今快節奏的生活方式，使得人們對時間觀念越來越重視，使得萬年歷愈發受到人們的重視，已經是人們生活中不可缺少的一類電子產品，它廣泛應用于家庭、學校、醫院、公司、工廠、車站、機場、影院等場所。一款性能優良的萬年歷不僅可以精準走時、早上準時提醒你起床，還能給你預報當天天氣情況和當天的備忘錄等等。
本智能萬年歷由此為出發點，依托時間芯片、語音芯片、電源管理模塊、顯示模塊、WiFi模塊、溫濕度傳感器、單片機系統，協同工作共同組建一個智能萬年歷。該萬年歷克服了傳統萬年歷需要人工調時的局限性，彌補了萬年歷功能不全的缺陷，實現了萬年歷的智能化[1-2]。
2 系統方案設計
整個系統由DHT12溫濕度模塊、DS1302時鐘模塊、OLED顯示屏、語音模塊、電源管理模塊、ESP8266WiFi模塊和STC15W408AS單片機最小系統等模塊組成。系統框架圖如圖1所示。
3 硬件設計
3.1 電源管理模塊
電源管理模塊由TP4056芯片與BL8530芯片組成，萬年歷電源由鋰電池供電，其中TP4056芯片負責通過USB給鋰電池恒流恒壓充電，BL8530芯片負責將鋰電池升壓到5V給萬年歷的各個模塊供電，同時通過單片機的AD接口檢測電池電壓，進而估算電池剩余電量。當電量不足時，萬年歷通過WiFi模塊向客戶端發送電量不足的警示，同時萬年歷自動進入掉電模式，防止鋰電池因過度放電而損壞；若電量充足，萬年歷向客戶端發送剩余電量值和預估使用時間。
3.2 單片機最小系統
此次設計的萬年歷采用的主控芯片是STC15W408AS，是STC公司推出的新一代微處理器，具有高速、低功耗、高穩定性、內置功能強大的優點。
3.3 ESP8266Wi-Fi模塊
ESP8266是一個完整且自成體系的Wi-Fi網絡解決方案，其高度片內集成：天線、穩壓器及電源管理組件、TR開關、功率放大器、匹配網絡、PLL、溫度傳感器、32位低功耗CPU、LNA等。具有性價比高、功耗低、工作穩定、使用靈活方便等特點。
3.4 DS1302時鐘模塊
目前市場上專用時鐘芯片的種類非常多，其中DS1302是目前應用的最廣泛的時鐘芯片之一。DS1302是一款性價比高、計時準確、功耗低、具備掉電走時功能和閏年補償的可持續計時的時鐘芯片。其通過3個控制口與單片機IO通信，程序編寫簡單。在此次設計中主要為萬年歷在無網絡連接時可以本地走時，增加了萬年歷走時的準確性，保證系統的正常工作。
3.5 語音模塊
語音模塊采用SYN6288芯片為核心，輔以必要的硬件電路。SYN6288是由北京宇音天下科技有限公司在2010年初推出的性價比高、硬件電路簡單、低功耗、音色圓潤、效果更自然的一款中高端中文語音合成芯片，其通過UART通信方式與主控CPU通信，接收待合成的文本數據，實現文本到語音的轉換。
3.6 DHT12溫濕度模塊
DHT12溫濕度傳感器是一款含已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，是DHT11的升級替換產品，相比之下DHT12擁有更低功耗、更小體積、更廣的測量范圍、更高的精度。DHT12共有4個引腳，分別為VDD、SDA、GND、SCL，具有單總線和標準IIC兩種通信方式，可由用戶自由選擇：上電拉低SCL腳即為單總線通信方式，反之為IIC通信方式。
3.7 OLED顯示屏模塊
萬年歷因為采用鋰電池供電，因此在顯示模塊的選擇上面非常注重功耗與性能的平衡。相比傳統顯示屏，OLED顯示屏的主動發光特性使得視覺可達170度，并且無需外接背光電路，因此能耗較低。顯示模塊采用基于IIC接口的0.96寸OLED顯示屏，用于顯示時間、溫濕度、鬧鐘、天氣、備忘錄等信息。
4 軟件設計
智能萬年歷因使用了多款芯片和傳感器，因此需要在單片機中對每個芯片或者傳感器的時序圖編寫相關程序，程序編寫完成后，還需要進行編譯與下載，在實際的運行過程中還有觀察是否出現BUG，如果出現，需要及時改正，直至達到設計要求。
萬年歷程序的主要思想是單片機讀取DHT12溫濕度傳感器的數據和電池電壓電量信息，同時通過WiFi模塊進行網絡連接，如果能連接到網絡，將進行與客戶端的數據交換并將網絡時間寫入DS1302芯片中，以實時同步網絡時間，若無法連接網絡，將讀取DS1302時鐘數據作為本地時間。語音模塊通過單片機串口將需要提醒的信息以語音的方式進行提醒，免去了用戶需要通過顯示屏來翻看詳細信息的麻煩。OLED顯示屏同時顯示相應信息，也便用戶快速查看簡易信息。
5 結語
智能萬年歷在實際的測試與使用過程中體現出較強的功能與實用性。在有無網絡連接的環境下均能精確走時，但在有網絡連接環境下可以充分發揮其全部的功能，同時通過網絡也可以與智能家居系統連接，具有很強的開展性和靈活性。該電路設計新穎、功能強大、結構簡單等優點，符合電子儀器儀表的發展趨勢，具有廣闊的市場應用前景。
【參考文獻】
低功耗設計論文范文5
【關鍵詞】MSP430F149；電力參數；諧波
引言
隨著現代科學技術的迅猛發展，一方面，造成電能質量問題的因素不斷增加，另一方面，各種復雜的、精密的、對電能質量敏感的用電設備不斷普及，人們對電能質量及可靠性要求越來越高，這樣的矛盾越來越突出[1]。
另外，隨著電力工業的快速發展以及電網的不斷擴大，電力運行對電力調度自動化水平和安全性的要求越來越高，為給電網安全和經濟運行提供參考依據，需要電力監控儀表來對電壓、電流、功率、功率因數、諧波、頻率等電力參數進行實時檢測。為此，本文提出了基于MSP430F149的三相多功能綜合測試儀的總體方案，該方案具有功能全面、成本低、人機交互性好等特點。下面重點介紹一下三相多功能測控儀的軟硬件設計。
1.采集器硬件設計
1.1 硬件總體設計
整個硬件電路以MSP430F149為核心，由數據采集模塊、時鐘模塊、數據存儲模塊、人機對話模塊、通訊模塊和電源管理模塊構成，硬件總體設計如圖1所示。
MSP430系列的單片機是TI公司生產的一種超低功耗的混合控制器，性能優越，具有超低功耗、強大的處理能力、系統穩定、方便高效的開發環境等特點，結合本測控儀的功能要求，硬件設計中主要應用了MSP430F149的如下性能：（1）ADC12模數轉換模塊；（2）硬件乘法器；（3）多種定時器；（4）雙路的USART
口；（5）有48個I/O口。
系統的硬件模塊較多，我們以數據采集模塊為例，說明它的工作過程。
1.2 數據采集模塊
被測三相電流和電壓經電流電壓互感器電路轉化交流小電壓，經低通濾波將系統高次諧波濾掉，后分兩路處理：一路是將濾波后的信號經電平抬升送于MSP430F149模數轉換模塊處理；另一路是將信號通過過零比較電路轉換為與信號同頻率的方波信號，再通過鎖相電路得到頻率為信號頻率64倍的方波信號，用于同步采集瞬時電壓電流信號。其硬件框圖見圖2。
2.測控儀軟件設計
軟件系統采用了模塊化設計思想，這樣使得軟件結構簡單清晰，便于修改、調試和擴充。本軟件將系統功能分成初始化模塊、主循環模塊、數據處理模塊、通訊模塊、人機對話模塊等。系統上電復位后，主函數對系統初始化，然后定時對任務輪巡，當查詢到某一任務條件滿足，該任務標志位置位，則調用相關程序模塊，執行該任務并在該任務完成后返回。軟件總體框架見圖3。
結束語
基于MSP430F149的三相多功能測控儀對電流、電壓、頻率、功率、功率因數、諧波、電度等電力參數進行了測量，在現實中可以廣泛應用于城市居民小區、工廠、農村等場合，同時，功能全面、成本低、人機交互性好等特點使其具有很廣的應用前景。
參考文獻
[1]郭先概.電能質量參數檢測系統的研究[D].哈爾濱工業大學碩士論文.2006,6.
[2]劉玉宏.MSP430單片機C語言和匯編語言混合編程[J].微計算機信息,2003,19.
低功耗設計論文范文6
本文以常用的車載物流過程為研究對象，在貨柜中部署傳感器節點，來實時監測貨物運輸過程的相關環境參數，WSN中的匯聚節點通過藍牙傳輸協議將數據傳給作為網關的智能手機，智能手機通過GPS衛星定位將位置信息加入到參數數據中，再通過移動通信網絡將數據傳輸到后臺系統中。本論文研究主體為車載部分，其架構如圖2所示。
1.1傳感器節點的設計本系統中，傳感器節點的主要任務是實時監測相關環境參數，并對其他節點轉發來的數據進行存儲和轉發，使數據通過WSN傳輸到匯聚節點處，其處理能力、存儲能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節約的設計方案。如圖3所示，傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、射頻模塊、電源模塊和電路等部分組成。傳感器模塊負責對所需參數進行采集和模數轉換。處理器模塊負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發送過來的數據。射頻模塊負責與其他節點之間的通信，對數據進行發送或接收。電源模塊負責為整個節點提供運行所需的能量，是決定節點壽命的關鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復位電路及接口電路等。（1）處理器模塊。處理器模塊是傳感器節點的核心部分，本設計方案中，處理器選用德州儀器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，該處理器采用1.8V-3.6V的低電壓供電，可以在低電壓下以超低功耗狀態工作，非常適合應用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網絡。該處理器同時擁有較強的處理能力和較豐富的片內資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個16位的定時器、1個通用同步異步接口（USART）、12位的模數轉換器（ADC）和6個8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網絡實際應用中，傳感器節點既需要發射又需要接收數據，因此本設計方案中的射頻模塊采用收發一體的無線收發機。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發電流不超過20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要較少的電路就可工作，天線設計采用PCB天線，進一步減小模塊體積。CC2420工作在2.4GHz頻段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee協議；采用O-QPSK調制方式，抗鄰道干擾能力強；128B接收和128B發射用的數據緩存空間，數據傳輸速率高達250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節點的數據采集部分根據實際需要選擇相應的傳感器，如溫度、濕度、振動、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點不在傳感器上，因此僅以溫濕度傳感器作為例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15溫濕度傳感器，該傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一起，輸出完全標定的數字信號[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內，溫度測量精度在±1℃以內；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內，濕度測量精度在±2%以內。
1.2匯聚節點的設計在本系統中，匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，進行存儲和處理后傳輸到網關節點處，同時，接收來自網關節點的信息，向傳感器節點監測任務。匯聚節點是連接WSN和外部網絡的接口，實現兩種協議間的轉換，使用戶能夠訪問、獲取和配置WSN的資源，對其處理能力、存儲能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節點匹配，匯聚節點的硬件結構與傳感器節點基本相似，如圖4所示，匯聚節點沒有傳感器模塊，增加了存儲器模塊和藍牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節點的核心部分，主要負責控制整個匯聚節點的操作，存儲和處理來自射頻模塊或者藍牙通信模塊的數據，再將處理結果交給射頻模塊或者藍牙通信模塊發送出去。本設計方案中，處理器選用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，該處理器和MSP430F135一樣，可以在1.8V~3.6V的低電壓下以超低功耗狀態工作，但其擁有更強的處理能力和更豐富的片內資源，48kB閃存和10KBRAM、2個16位定時器、1個快速12位ADC、雙12位DAC、2個USART接口和6個8位并行I/O接口。（2）存儲器模塊?？紤]到物流運輸過程中環境多變，容易帶來一些不確定因素，這些不確定因素可能引起處理器自帶的存儲器中的數據丟失，因此匯聚節點需要存儲一些重要的數據。本設計方案中，匯聚節點的外部存儲器芯片選用由Mi-crochip公司生產的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術，工作時電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環境下穩定工作。由于匯聚節點對存儲容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲容量為64KB，擦寫次數可達到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統的存儲要求。（3）藍牙通信模塊。本系統采用智能手機作為后臺系統和WSN之間的網關，來實現遠距離的數據傳輸。為了使匯聚節點與智能手機能夠進行通信，采用藍牙通信協議。而在匯聚節點使用藍牙通信方式需要增加一個藍牙通信模塊。本設計方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模塊，其工作電壓為3.3V-6V，工作電流最大為25mA，功耗較低；其最大傳輸距離為100m，通信速率最高可達115200bps；其天線為PCB天線，所需器件很少，故模塊的體積很小，可以通過串行接口直接與處理器模塊相連。
1.3網關節點的設計本系統要求在后臺系統和WSN部署點間進行雙向通信，為了實現遠距離的數據傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節點增加移動通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機作為后臺系統和匯聚節點之間的網關。方案一對匯聚節點的要求進一步提高，不僅處理過程更加復雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實現物流過程的跟蹤，還需有定位功能，一般采用GPS模塊[5]，這樣成本也將大大提高。相比之下，方案二優勢明顯，采用智能手機可以進行各種復雜的數據處理，進行大量數據的存儲，使用移動通信網絡與后臺系統進行通信，使用內置的GPS定位功能，后臺用戶可以在緊急事件發生時直接聯系貨車司機等。因此，本系統采用智能手機作為網關節點。本設計方案中，采用中國移動M811手機作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動網絡，可以方便地使用移動網絡與后臺系統進行通信；其具有GPS定位功能，可以實現貨車定位；具有藍牙通信功能，可與匯聚節點間采用藍牙通信；使用An-droid4.0操作系統，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設計。
2系統軟件部分設計
本系統使用WSN中的傳感器節點檢測物流過程中相關環境參數并發送到匯聚節點處，由其將數據通過藍牙連接傳輸到智能手機，智能手機通過移動通信網絡將加入GPS信息的數據傳輸到后臺服務器。系統各部分的工作任務不一，硬件條件也有很大差別，因此系統的軟件設計也十分關鍵。
2.1傳感器節點程序設計傳感器節點主要承擔數據采集和發送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節能和減少數據處理的設計方案。本設計方案中，傳感器節點采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時間（等待時間可由后臺設置）未到或者沒有收到匯聚節點命令時節點處于休眠狀態；當等待時間一到或者收到命令時，立刻開始工作，進行采集數據并發送，或者根據命令完成相應操作，完成后又進入休眠狀態，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。
2.2匯聚節點程序設計匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，處理后通過藍牙傳輸到網關節點處，同時接收來自網關的命令，完成相應的操作。相比于傳感器節點，匯聚節點的工作更加復雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節點相似的節能設計方案，將復雜的數據處理工作交予網關節點，其程序流程如圖6所示。
2.3智能手機APP設計智能手機作為本系統的網關節點，承擔協議轉換、數據傳輸、數據處理等復雜工作，因此開發相應的應用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實現上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實現對智能手機內部藍牙模塊的調用，通過藍牙連接與匯聚節點通信；利用智能手機的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數據中，再通過移動通信網絡傳輸到后臺系統；接收后臺系統的命令，完成相應的操作；同時通過智能手機對應的界面提供數據顯示、告警提醒以及日志功能。
3結語