设计和实现一个超低功耗的数据采集系统

设计和实现一个超低功耗的数据采集系统摘要：本文介绍了一种基于MSP430单片机的数据采集系统。该系统利用单片机的强大的处理能力和丰富的片上外围模块可在具有良好电源的便携式设备上工作。它可实时记录对象的动态数据，即使是在超低功耗的情况下，依然可工作。所以，该系统可方便的进行数据的回放和存储。实践证明，该设计方案是确实有效的。

关键字：MSP430F449，数据采集，超低功耗，串口

介绍

微处理器决定了系统的智能化水平和信号采集系统的结构，是数据采集、处理和传输的主要设备。随着电子技术、微型计算机和半导体的发展，微处理器向着小型化，低功耗，高速度的方向发展。基于微处理器的数据采集系统具有智能自动化、高精度、低成本的特点[1]。

MSP430系列单片机混合了信号微控制器，具有低电压、低功耗、处理能力强的特点。它同时具有丰富的片上外围模块和方便的开发环境[2-4]。本文将介绍一款基于MSP430F449单片机的可长时间采集数据的数据采集系统。同时还介绍了能够保证信号采集完整性的付延迟功能。MSP430F449单片机的FLASH存储模块可在电源关闭的情况下记录数据。由于体积小（3平方厘米）、过载高（40000～60000G）、功耗低、抗干扰能力强、可靠性高，该系统在实践中有非常好的应用。

系统的设计方案

数据采集系统包括信号处理模块、CPU、串口通信模块、电源管理模块等等。其基本结构如图1所示。

原始信号通过传感器传输给信号处理模块进行放大和滤波。然后传送给CPU 进行处理和分析。最终信号通过串口通信模块传输给PC机。考虑到需要提高系统的信噪比，减低电磁干扰，体积小、功耗低，该系统还需要加一些外围电路。

图1：数据采集系统基本结构信号处理模块

由于系统使用的传感器的灵敏度是微伏，小信号很容易被噪声覆盖，所以在送入CPU 前要对它进行预处理，如前置放大和滤波。

放大器是对微弱的信号进行不失真放大。本文在前置放大模块选择了具有噪声低、偏置电流低、功耗低的AD620放大器。它可以方便的调整增益（1～1000）。AD620的增益方程是（如公式（1）所示）：

14.492

+Ω=R K G （1）

图2：放大模块电路图

增益G 可以很方便的通过调节2R 进行改变。放大模块的电路图如图2所示。

本系统是采集频率低于10KHz 的信号。系统的滤波器是采用通过2个集成运算放大器TL084（其他两个是用来驱动信号）组成的四阶巴特沃斯低通滤波器

[6,7],截止频率是10KHz ，电路图如图3所示。

图3：四阶巴特沃斯低通滤波器电路图

CPU

MSP430F449是系统的控制核心，主要完成数据的采集、处理和传输。它是MSP430系列单片机的最新产品。除了拥有MSP430单片机的共同特点，它还有自身的优势：拥有内部参考源、采样保持、12位自动扫描A/D转换器，最大存储容量Flash存储器可达60KB，RAM可达2KB。利用片上的JTAG接口对Flash 进行连接便于调试和模拟[2,4]。

单片机F449使用独有的12位A/D转换器采集模拟量,避免了接口的复杂性,提高了系统的可靠性。A/D转换器是单通道多转换模式。多转换模式是通过系统选择在某一个通道内进行。一旦转换完成后，相应的中断标志位设置表示为该转换结束。该单片机电源电压+3.3V，利用引脚XT2OUT和XT2IN连接频率为8MHz 的振荡器来启动。在串口通信模块，引脚XOUT和XIN连接频率为32.768KHz 的振荡器为LFXTICLK（低频时钟晶振产生低时钟频率）提供时钟频率。对于数据采集功能，系统设计了一个复位键来控制系统的工作状态，通过控制数字I/O 引脚P2.2电平的高低来进行控制，高电平是采集状态，低电平是串口通信状态。

利用片上JTAG接口和可擦除的Flash存储器，系统在断电的情况下仍可存储数据。首先，系统通过JATG接口从Flash存储器中下载程序，然后，系统通过软件控制程序的运行。在处理过程中，采集到的数据存储到Flash存储器中（断

电后仍可保留）。采集完成后，信息通过串口传输给PC机。这里需要强调一点，Flash存储器在擦除或写的时候不能够访问。另外，在MSP4430F449单片机中有5个特殊的JTAG引脚，分别是RST/NMI,TCK,TMS,TDI和TDO/TDI.JTAG接口的电路图如图4所示，其中S1是控制系统状态的复位键。

图4：JTAG接口电路原理图

串口通信模块

MSP430F449单片机串行通信模块利用全双工异步串行通用模式的USART 具有自己的特点。它的波特率为9600bps。通过设置一系列的寄存器，硬件可以自动的完成串行数据的输出或接收。数据流的输出或接收取决于一个移位寄存器。在接收状态，数据流达到一个字节时被存储在接收缓冲器中。在输出状态，输出缓冲器中的数据从端口一个比特一个比特的传输。

本系统采用RS232C标准[8]，选择MAX232CWE芯片来实现基于TTL电路的单片机和基于CMOS电路的计算机之间的电平输出形式的转换。串口通信模块电路图如图5所示。

图5：串口通信电路图

电源管理模块

MSP430F449单片机的工作电压是1.8V～3.6V。为了确保系统在低功耗状态下工作，其内部的所有电子装置可以很好的工作在±3V以内。

三个纽扣电池串联，作为系统的主电源，保证了系统的稳定性。线性稳压芯片采用TI公司的生产的具有低功耗、低电压差的TPS76930芯片。它可将9V的输入电压转换为3V的输出电压，作为MSP430F449电源。由于系统中用到传感器和AD620芯片，COMS单片集成输出电压转换器MAX660芯片可将+3V的输入电压转换为-3V的输出电压，系统可用其作为传感器和AD620芯片的电源。

由于输入A/D转换器的模拟信号的幅度非常小，系统中数字电路的数字开关的噪声会严重影响A/D转换器的转换精度。所以电源需要分为模拟的和数字的。模拟部分和数字部分需要严格的分开，他们只有一个共同点。

功耗设计

为了减低系统的功耗，我们采用了几种方案，此外还选用了低功耗的元器件。

1.在达到系统要求的性能的基础上，我们可以尽可能的减少电路中接口电路、高性能装置、电容的数量[9]。

2.采用模块化设计。该系统分为三个部分，如电源模块、采集/处理模块和串行通信模块。在数据采集的时候，只有电源模块和数据采集/处理模块工作。

数据采集完成后，串口通信模块才工作，将采集的数据传输到PC机中[2]。

3.MSP430F449提供的低功耗模式可得到充分利用。CPU在完成主程序任务后，可设置进入低功耗模式。CPU的大部分工作需要在中断服务程序中完成。相应的中断服务程序完成后会提醒CPU，然后CPU会进入低功耗模式。

4.系统的功耗和单片机CPU的时钟频率成正比，在控制和计算任务不重时，会尽可能的降低CPU的时钟频率。

系统的软件

本系统的软件是在集成开发环境IAR Embedded Workbench中编译，并使用调试器C-SPY进行调试。如果程序调试成功，将可执行代码下载到MSP430F449单片机Flash存储器中运行[10]。软件主要功能是初始化MSP430F449、数据采集和滤波等。

MSP430F449单片机的初始化是建立芯片操作模式的重要一步。当通电时，由于要初始化数据，CPU需要进入预置状态。在设置好时钟频率和将引进P2.2设为高电平后，A/D转换器进行初始化。然后，A/D转换器开始工作，等待阀值电压（预先设置）。当信号电压达到阀值电压值，数据采集开始，采集到的数据在处理之后存储到Flash存储器中。

复位后，引进P2.2的电平变为低电平。这个时候，存储在Flash存储器中的数据通过串口发送程序发送给PC机作进一步的分析。程序流程图如图6所示。

图6：程序流程图

这里有三点需要解释一下：

1.为了确保信号的完整性，数据采集过程中用到了负延迟的方法。

如图7所示的信号的波形是在没有使用负延迟功能设计下获得的，由图中可以看出信号波形的最高波峰是不足的，所以在信号峰值处的值是不能被观察和计算清楚的。这样的设计并没有达到预期的目标。有两种方法可以用来改善它，一个是减低采集电路的触发电平，另一个是在硬件中使用软件负延迟方法。第一种方法是很容易实现的，但是考虑到电源的强噪声，降低触发电平，采集的信号会被噪声覆盖。同时，考虑到硬件负延迟的复杂性，本系统采用软件负延迟方法。

图7：无负延迟功能的信号波形

有一百份数据被循环抽样和存储到RAM中直到信号达到阀值。然后这一百份数据被加到后面采集的数据中以获得完整的数据，并且有2份数据被保存到Flash存储器中。这种方法非常的容易和方便。确保了断电后数据的完整性。

2.信号通过软件滤波器进行处理。

考虑到单片机MSP430F449最高可高效处理16位数据，积分系数数字滤波器采用极点和零相互抵消构成[11,12]。滤波器的截止频率为1KHz。

3.系统可通过软件设置时间实现多个分割系数。

测试结果与分析

利用振动传感器的数据采集实验验证了系统的性能。传感器被固定在桌子上，通过敲击桌子产生振动信号。通过一次一次的设定时间，数据被数据采集系统和数字示波器同时采集。数字示波器采集的信号如图8所示，数据采集系统采集的信号如图9所示（其中（a）图是单次采集的信号，（b）图是多次采集的信号）。

图8：数字示波器采集的信号波形

图9：数据采集系统采集的信号波形

比较数据采集系统和数字示波器采集到的信号的波形，可以看出数据采集系统可即好又准确的捕捉到从传感器输出的实时信号。获得的数据完全的再现了振动波形，所以本系统达到了要求。有一点需要指出，为了清楚的观察2次采集的信号，2个设备的参数需要设置为0.

结束语

数据采集存储系统的设计具有硬件结构简单、体积小、功耗低、抗干扰能力强特点。负延迟方法和积分系数数字滤波器在软件中的使用，确保了信号的完整性和提高了实时数据的处理能力。不同类型的传感器的使用，该系统可以从许多信号源采集数据。测试结果表明设计达到要求。系统可方便稳定的采集数据，它已被多次应用于室外振动和冲击信号的采集。

过程装备中数据采集系统的低功耗设计

收稿日期:2002 08 05 作者简介:黄志勇(1978 ),男,江西南昌人,硕士生,研究方向为便携式数据采集系统的开发与研制。过程装备中数据采集系统的低功耗设计黄志勇,邹久朋 (大连理工大学过程装备与控制工程系,辽宁大连116012) [摘要] 从理论分析和实际应用两个方面阐述和讨论了低功耗大容量便携式数据采集仪的研制方案。主要从芯片的选型、外围电路的设计、软件设计等方面入手来分析如何使电池供电的数据采集系统长时间工作于无人看管的场所。 [关键词] 单片机;低功耗;外围电路;数据采集 [中图分类号]TM911 [文献标识码]A [文章编号]1000 0682(2003)01 0034 03 The Low dissipation design of a data acqusition system in process equipment HUANG Zhi yong,ZOU Jiu Peng (Proc ess Equi pment &Cont rol Engineering De pt o f DaLian U niversity o f Tec hnology ,Liaoning Dalian 116012,China ) Abstract:This paper expatiates on the method of designing a portable and large capacity microcontroller system with low power dissipation and discusses its development through both theoretic analysis and actual ap plications.Proceeding from the circuits,design,components and selection to software configuration,the paper analyses how the design conception can realize the function that keeps the battery operated data acquisition sys tem working for a long time at its working field without tenders. Key words:Microcontroller;Lo w power dissipation;Peripheral circuit;Data acquisition 1 前言由单片机组成的数据采集系统已经广泛的应用在过程装备的各个领域。通常在野外偏远地区、高温高压场所要进行压力、温度和应力等的数据采集时,由于没有持续的电力供给,而且工作温度有限制,不太适合使用笔记本电脑等设备进行数据采集,只能使用电池供电的数据采集系统。而一般情况下数据采集需持续几天到几个月,这样整个系统的功耗成为影响系统设计的关键问题。 2 低功耗的硬件设计在实际应用中数据采集系统主要由传感器、A/ D 转换器、单片机、存储器、与微机接口电路等组成。除传感器外,设计人员基本上是选用低功耗C MOS 或HCMOS 型工艺制造的IC 。而CMOS 电路的功耗由静态功耗(Ps )和动态功耗(Pd )组成。静态功耗是在电路的所有输入信号保持状态不变时的直流功耗。它包括PN 结反向漏电流引起的功耗和MOS 晶体管的亚阈电流引起的功耗。由于它一般在微安( A)量级[1],可以忽略。动态功耗是C MOS 电路在正常操作时所消耗的能量。它一般在毫安级(mA)。所以在低功耗设计时,应尽量减少动态功耗。动态功耗Pd 是对电路节点负载电容进行充放电所消耗的功率。表示为: Pd =RC L V L V dd f (2 1) 式中:C L 负载电容; V L 逻辑摆幅;V dd 电源电压;f 工作频率; R 能量状态转换活动几率。 R 又简称开关活动率 ,它是指节点一个周期内做耗能状态转换所用的时间与时钟周期之比,它的大小与电路结构、逻辑功能、输入数据的组合状态及节点的初始状态有关。一般情况下C MOS 电路的逻辑摆幅V L 与电源电压V dd 近似,故(2 1)式可简化为: P d =RC L V 2dd f (2 2) 由上式可知,降低动态功耗的主要途径是:降低耗能状态转换活动几率、减少负载电容、降低工作电 34 工业仪表与自动化装置 2003年第1期

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术

集成电路的功耗优化和低功耗设计技术摘要：现阶段各行业的发展离不开对能源的消耗，随着目前节能技术要求的不断提升，降低功耗成为行业发展的重要工作之一。本文围绕集成电路的功耗优化以及低功耗设计技术展开分析，针对现阶段常见的低功耗设计方式以及技术进行探究，为集成电路功耗优化提供理论指导。关键词：集成电路；功耗优化；低功耗目前现代节能技术要求不断提升，针对设备的功耗控制成为当前发展的主要问题之一。针对数字系统的功耗而言，决定了系统的使用性能能否得到提升。一般情况下，数字电路设计方面，功耗的降低一直都是优先考虑的问题，并且通过对整个结构进行分段处理，同时进行优化，最后总结出较为科学的设计方案，采用多种方式降低功耗，能够很大程度上提升设备的使用性能。下面围绕数字电路的功耗优化以及低功耗设计展开分析。一、设计与优化技术集成电路的功耗优化和低功耗设计是相对系统的内容，一定要在设计的每个环节当中使用科学且合理的技术手段，权衡并且综合考虑多方面的设计策略，才能够有效降低功耗并且确保集成电路系统性能。因为集成电路系统的规模相对较大且具有一定的特殊性，想要完全依靠人工或者手动的方式来达到这些目的并不现实且缺少可行性，一定要开发与之对应的电路综合技术。 1 工艺级功耗优化将工艺级功耗应用到设计当中，通常情况下采取以下两种方式进行功耗的降低：首先，根据比例调整技术。进行低功耗设计过程中，为了能够实现功耗的有效降低会利用工艺技术进行改善。在设计过程中，使用较为先进的工艺技术，能够让设备的电压消耗有效缩减。现阶段电子技术水平不断提升，系统的集成度也随之提高，目前采用的零件的规格也逐渐缩小，零件的电容也实现了良好的控制，进而能够很大程度上降低功耗。借助比例技术，除了能够将可见晶体管的比例进行调整，而且也能够缩小互连线的比例[1]。目前在晶体管的比例缩小方面，能够依靠缩小零件的部分重要参数，进而在保持性能不被影响的情况下，通过较小的沟道长度，确保其他的参数不受影响的栅压缩方式，进而将零件的体积进行缩减，同时也缩短了延长的用时，使功耗能够有效降低。针对互连线缩小的方式主要将互连线的整个结构进行调整，工作人员在进行尺寸缩减的过程中，会面临多方面的难题，比如系统噪音无法控制，或者降低了电路使用的可靠性等等。其次，采用封装技术进行降低。采用封装技术，能够让芯片与外部环境进行有效的隔离，进而避免了外部环境给电气设备造成一定的破坏与影响，在封装阶段，芯片的功耗会受到较大的影响，因此需要使用更加有效的封装手段，才能够提升芯片的散热性，进而有效降低功耗[2]。在多芯片的情况下，因为芯片与其他芯片之间的接口位置会产生大量的功耗，因此针对多芯片采取封装技术，首先降低I/0接口的所有功能，接着解决电路延迟的问题，才能够实现对集成电路的优化。 2 电路功耗优化一般情况下，对电路级的功耗会选择动态的逻辑设计。在集成电路当中，往往会包含多种电路逻辑结构，比如动态、静态等等，逻辑结构从本质上而言具有一定的差异性，这种差异性也使得逻辑结构有着不同作用的功能。动态逻辑结构有着较为典型的特性[3]。静态的逻辑结构当中所有的输入都会对接单独的MOS，因此逻辑结构功耗更大，动态的逻辑结构当中电路通常具备N、M两个沟道，动态电路会利用时钟信号采取有效的控制，进而能够实现预

嵌入式系统的低功耗设计

第27卷第6期增刊　2006年6月仪　器　仪　表　学　报 Chinese Journal of Scientific Instrument Vol.27No.6 J une.2006　嵌入式系统的低功耗设计 3 杨天池　金　梁　王天鹏 (解放军信息工程大学　郑州　450002) 摘　要　嵌入式系统的电源管理是系统设计中关键部分,合理的电源管理方案可以减少系统的功耗并提高整体性能。本文提出了一种层次化的电源管理结构,分别为硬件层、驱动层、操作系统层、电源管理层和应用层。本文同时引入了动态的电源管理方法来解决电源功耗的动态管理问题。通过在实际的系统中的测试表明,该电源管理机制的有效性。关键词　嵌入式系统　低功耗设计　动态电源管理　PXA255 Low pow er design in embedded system Yang Tianchi Jin Liang Wang Tianpeng (Universit y of I nf ormation Engineering ,Zhengz hou 450002,China ) Abstract Proper power management mechanism is important when designing embedded system.It is helpful to reduce power consumption and improve performance.This low power model adopt s five 2layer architecture ,which are hardware platform ,driver layer ,operating system ,power manage mechanism and application program.Dynamic power management (DPM )technology is also introduced to solve the problem of power consumption.The experiment on embedded system demonstrates t hat this power management mechanism is feasible.K ey w ords embedded system low power design dynamic power management PXA255 　3基金项目:河南人才创新基金(0421000100) 1　引言随着嵌入式系统的发展以及应用面的不断扩展,功耗控制是系统设计中必不可少的组成部分。如何最大限度的降低系统功耗、减少不必要的能源损失、延长电池使用时间已经成为嵌入式系统特别是便携式系统设计中研究的热点问题。系统的低功耗设计,并非是某一方面、某一角度的解决方案,而应当从系统级的设计考虑功耗的节省,是一个硬件设计与软件控制相互结合的协调过程。 2　低功耗电路模型低功耗设计对于无线设备、PDA 等便携式设备的实际应用具有重要的意义。低功耗元件的发展和系统设计的进步使得通用计算技术可以用到表、无线电话、 PDA 和桌面计算机中。在这些系统中的电源管理技术传统上集中在休眠模式和设备能源管理这2个方面上[1]。但是,这样的电源管理缺乏直观性和灵活性,而且功耗的降低,并非单独软件、硬件单方面可以解决的[2],因此设计并建立如图1所示的系统低功耗设计模型。整个模型由硬件平台,驱动层,操作系统层,电源管理机制层和应用程序五个部分组成。 2.1　硬件平台几乎所有系统功耗都集中于硬件平台,因此降低硬件平台的功耗是实现低功耗的基本所在。公式(1)为系统功耗的表达式: P ∞CV 2 f (1) 式中:C 是负载电容,V 是器件电压,f 是工作频率[3]。系统功耗同负载电容、器件电压平方以及工作频率成正比。因此,硬件平台设计多选用低电压,电压、频率可调器件,以及采用SOC 设计来进一步降低功耗[4,5]。另外,模式可控器件在空闲状态消耗的能量为运行状

超声波热量表

超声波热量表使用说明书地址：唐山市路北区创业服务中心211号电话：传真：网址： E-mail:

一、概述超声波热量表是参考欧洲标准EN1434 和OIML-R75号国际规程开发设计的高性能、低功耗电子式测量仪表，用来测量和显示载热(冷)液体流经冷热交换系统释放（吸收）热量。超声波热量表由流量传感器、微处理器和配对温度传感器组成。微处理器通过流量传感器得到流量信号，从测温电路得到出口和入口水温信号，根据标准热量计算公式计算出系统交换的能量。用户可选用具有M-BUS通信接口或无线传输通信接口的RLB-C型超声波热量表，超声波热量表可和采集器、集中器以及配套软件组成远传抄表管理系统，管理部门可以随时抄取表中数据，方便对用户用热量的管控。超声波热量表符合国家建设部颁布的CJ128-20XX《热量表》产品标准。M-BUS接口或无线接口通讯协议符合建设部CJ/T188-20XX《户用计量仪表数据传输技术条件》的要求；无线数传模块符合工信部无[20XX]423号《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》。二、性能特点 1、低电压报警。 2、自动数据纠错技术。 3、温度传感器断路和短路报警。 4、高清晰度宽温度型LCD显示。 5、流量分8段校准，准确度高。 6、超低功耗（静态功耗小于7uA）。 7、管段为直通一体结构采用锻压工艺制造而成。 8、测量机构无运动部件，永无磨损，计量精度不受使用周期影响。

9、具备光电接口，采用红外工具可以实现抄表。 10、安装极为方便，水平或垂直安装。 11、数据传输采用M-BUS或无线传输通信接口，通信距离远。三、使用方法 1、超声波热量表一直循环显示：累积热量：累积 XXX kW·h 累积流量：累积 XXX。XX m3 瞬时流量：瞬时 XXX。XXX m3/h 温度：入口 XX。X 出口 XX。X ℃ 温差：温差X。X K 累积工作时间：累积 XXX h 2、数据通讯（不带数据通讯的仪表无此功能）用户可选用具有M-BUS通信接口或无线传输通信接口的RLB-C型超声波热量表，配合采集器、集中器、管理软件等可实现远程抄表。不同数据通讯接口的仪表选配相应采集器。使用前在上位机建立地址档案，表地址出厂时已设定（仪表ID号为12位数字编码），由热量表、集中器、采集器、上位机等组成的集中抄表系统组建完成后，管理部门就可以随时抄取表中数据。

换能器及热量表的原理及设计

换能器及热量表的原理及设计今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种换能器及热量表。该专利由杭州三花研究院有限公司申请，并于2017年7月11日获得授权公告。内容说明本发明涉及热交换领域，更具体的说，涉及一种换能器及热量表。发明背景超声波热量表是利用超声波换能器发射与接收超声波，通过测量超声波在顺、逆流的时间差计算流速的。超声波换能器是超声波热量表的一级传感器，超声波换能器的好坏直接决定了超声波热量表的质量。一般情况下，超声波换能器是采用压电陶瓷片的压电效应和逆压电效应将电信号转换为超声波信号，经过管段中流动的水后，再将超声波信号转换为电信号。压电陶瓷片的工作环境是高温、高压、浸泡在水中，不经过封装的压电陶瓷裸片，无法在这样的工作环境中正常工作。现有技术中，都是将压电陶瓷片封装上外壳。超声波换能器的性能参数，如谐振频率，机电耦合系数，机械品质因数、阻抗特性、指向性等，都与压电陶瓷片/的封装工艺有关。不同的封装会导致这些电性能参数不同程度的偏移，进而影响发射与接收效率。另外，压电陶瓷片的封装外壳要保证压电陶瓷片工作在高温、高压、浸泡在水中等恶劣的工作环境中正常使用，不会损坏。因此，压电陶瓷片的封装工艺对超声波热量表的测量精度和正常使用至关重要。换能器一般采用圆柱形的薄片压电陶瓷片，正反两面分别是正、负电极。现有的压电陶瓷片封装方式是用导电胶将压电陶瓷片与薄膜外壳粘合。现有的换能器技术存在的缺点：压电陶瓷片因长期浸泡在水中或在湿度较大的环境中工作，且容易受外界环境的高温、高压以及静电的影响，信号准确率低且寿命较短。发明内容本发明的目的之一在于：为解决上述现有技术所述的缺陷提供一种换能器；本发明的目的之二在于：解决上述现有技术所述的缺陷提供一种换能器的封装工艺；本发明的目的之三在于：为解决上述现有技术所述的缺陷提供一种超声波热量表。本发明为解决上述现有技术的缺陷，提供了一种换能器，包括压电陶瓷片和封装所述压电陶瓷片的外壳和底座，所述外壳为一端开口的壳体，所述壳体内侧底部涂有粘胶，所述压

基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计

密级一般分类号TP393硕士学位论文作者：杨朋伟指导教师：侯宏录教授申请学位学科： 2009年4月20日 XI’ANTECHNOLOGICAL UNIVERSITY 基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计测试计量技术及仪器题目:

基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计学科：测试计量技术及仪器研究生签字：指导教师签字：摘要 Zigbee无线传感器网络技术是一种全新的短距离无线通信技术，广泛应用于智能控制、无线监控及环境监测等领域。目前，对于Zigbee无线传感器网络技术的应用还存在诸多问题，本文重点对无线传感器网络时间同步算法、低功耗系统设计开展深入研究。 1.对Zigbee无线传感器网络时间同步算法进行了全面分析研究,从降低同步开销和关键路径长度的角度出发，提出了两种应用于不同环境下的时间同步算法。1）当网络规模较小时，采用二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法，该算法通过构造二层拓扑结构和时延估计的方法实现了ms级的时间同步精度.降低了时间同步开销；2）当网络规模较大时，采用多跳传感器网络时间同步算法，该算法通过构造较优拓扑结构和累计时延估计的办法降低了时间同步开销及关键路径长度。 2.通过对Zigbee协议栈的研究及分析，从低功耗设计的角度出发，完成了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统设计。主要内容包括如下几个方面： 1）完成了Zigbee无线网络节点的电路设计及相关应用电路设计，在此基础上，应用IAR7.20H开发平台完成了Zigbee无线网络节点的功能软件设计。 2）使用TI公司的CC2430芯片完成了Zigbee节点点对点无线通信的设计及Zigbee 简单网络节点通信设计。 3）完成了多路传感器数据采集接口的设计及Zigbee无线网络监控管理软件设计。 4）研究了无线网络节点功能软件的低功耗设计方法。 5）搭建了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统，对其进行了调试和实验，结果表明该系统在70m范围内工作稳定，误码率较低，时间同步精度较高，能够满足工业环境下的参数远程监控。关键词：数据采集及传输；低功耗；无线传感器网络；时间同步算法；Zigbee

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ARM低功耗设计_全面OK

嵌入式系统中的低功耗设计 2008-12-31 18:19:55 作者：电子之都来源：电子之都浏览次数：59 网友评论 0 条经过近几年的快速发展，嵌入式系统（Embedded system）已经成为电子信息产业中最具增长力的一个分支。随着手机、PDA、GPS、机顶盒等新兴产品的大量应用，嵌入式系统的市场正在以每年30%的速度递增（IDC预测），嵌入式系统的设计也成为软硬件工程师越来越关心的话题。在嵌入式系统的设计中，低功耗设计（Low-Power Design）是许多设计人员必须面对的问题，其原因在于嵌入式系统被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中去，而这些产品不是一直都有充足的电源供应，往往是靠电池来供电，所以设计人员从每一个细节来考虑降低功率消耗，从而尽可能地延长电池使用时间。事实上，从全局来考虑低功耗设计已经成为了一个越来越迫切的问题。那么,我们应该从哪些方面来考虑低功耗设计呢？笔者认为应从以下几方面综合考虑： 1.处理器的选择 2.接口驱动电路设计 3.动态电源管理 4.电源供给电路的选择下面我们分别进行讨论：一、处理器的选择我们对一个嵌入式系统的选型往往是从其CPU和操作系统（OS）开始的，一旦这两者选定，整个大的系统框架便选定了。我们在选择一个CPU的时候，一般更注意其性能的优劣（比如时钟频率等）及所提供的接口和功能的多少，往往忽视其功耗特性。但是因为CPU 是嵌入式系统功率消耗的主要来源---对于手持设备来讲，它几乎占据了除显示屏以外的整

个系统功耗的一半以上（视系统具体情况而定），所以选择合适的CPU对于最后的系统功耗大小有举足轻重的影响。一般的情况下，我们是在CPU的性能（Performance）和功耗（Power Consumption）方面进行比较和选择。通常可以采用每执行1M次指令所消耗的能量来进行衡量，即Watt/M IPS。但是，这仅仅是一个参考指标，实际上各个CPU的体系结构相差很大，衡量性能的方式也不尽相同，所以，我们还应该进一步分析一些细节。我们把CPU的功率消耗分为两大部分：内核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O，总的功率等于两者之和，即P=PCORE+PI/O。对于PCORE，关键在于其供电电压和时钟频率的高低；对于PI/O来讲，除了留意各个专门I/O控制器的功耗外，还必须关注地址和数据总线宽度。下面对两者分别进行讨论： 1、CPU供电电压和时钟频率我们知道，在数字集成电路设计中，CMOS电路的静态功耗很低，与其动态功耗相比基本可以忽略不计，故暂不考虑。其动态功耗计算公式为： Pd=CTV2f 式中，Pd---CMOS芯片的动态功耗 CT----CMOS芯片的负载电容 V----CMOS芯片的工作电压 f-----CMOS芯片的工作频率由上式可知，CMOS电路中的功率消耗是与电路的开关频率呈线性关系，与供电电压呈二次平方关系。对于一颗CPU来讲，Vcore电压越高，时钟频率越快，则功率消耗越大。所以，在能够满足功能正常的前提下，尽可能选择低电压工作的CPU能够在总体功耗方面得到

基于超低功耗无线模块RFM64的无线远传水表、远传电表、远传燃气表、远传热量表设计方案

基于超低功耗无线模块RFM64的无线远传水表设计方案概述随着社会和经济的进步，住宅商品化发展迅速，住宅水、电、气、热表的抄表和收费问题日益突出。如何有效解决入户抄表收费的技术问题，提供一个合理、完整、系统的实施管理方案，需要企业、科研和公用事业管理部门共同努力。目前，住宅水、电、气、热表远程抄表系统形式多样，但市场比较混乱，技术上尚不成熟，没有一个被市场认可的完整系统实施管理方案。传统的有线抄表系统布线复杂、可靠性差、维护困难，难以实现管理升级，不能满足旧楼系统改造的市场要求；而新兴GPRS、短信GSM网络抄表方式使用成本昂贵，不适宜大面积推广。 RFM64是华普推出的一款超低功耗高性能的无线收发模块，最大发射功率10db以上，可工作在315/433MHz ISM的频点，故无需申请。RFM64经过优化具有非常低的接收功耗，典型接收电流为 2.6mA, 远小于同类收发器的接收电流。工作电压为 2.1-3.6V,最大发射功率+12.5dBm, RFM64集成度非常高，其包含了射频功能和逻辑控制功能的集成电路，内部集成压控振荡器、锁相环电路、功率放大电路、低噪声放大电路、调制解调电路、变频器、中放电路等。此外它整合了基带调制解调器的数据传输速率高达150Kbps数据处理功能包括一个64字节的FIFO，包处理，自动CRC生成和数据白化。它的高度集成的架构允许最少的外部元件数量，同时保持设计的灵活性。所有主要的射频通讯参数可编程，其中多数可动态设置。基于超低功耗无线模块RFM64的设计，其具有传输距离相对远，接收的灵敏度较高，工作功耗低等诸多优点，所以它适用于无线远传水表、无线远传电表、无线远传燃气表、无线远传热量表无线遥控系统、无线传感器网络、无线温度压力数据采集、机器人控制等需要用电池长期工作的领域。系统电路设计系统主要由一个MCU和RFM64组成。MCU选用了ST公司的低功耗单片机 STM8L101F3, RFM64与单片机通讯采用SPI接口，与外部终端通信采用UART接口。由于高度集成化RFM64外围零件已经很少，所以设计的关键是RF前端的匹配电路的设计。另外高频部分的走线尽量的短粗，元器件参数要根据线路板的实际情况作出适当的调节，以抵消分布参数的影响。一般的RF芯片发射与接收端口的阻抗并不是标准的50?阻抗，要达到最佳的接收效果必须将输入阻抗通过外围器件的补偿使之与50?的天线匹配。

如何进行低功耗设计

如何进行低功耗设计现在电子产品，特别是最近两年很火爆的穿戴产品，智能手表等都是锂电池供电，如果采用同样容量大小的锂电池进行测试不难发现电子产品低功耗做的好的，工作时间越长。因此，低功耗设计排在电子产品设计的重要地位。最近做穿戴产品设计，面临的第一个问题就是低功耗设计。经过这两天的认真分析总结，将低功耗设计的方法总结，以飨网友。首先，要明白一点就是功耗分为工作时功耗和待机时功耗，工作时功耗分为全部功能开启的功耗和部分功能开启的功耗。这在很大程度上影响着产品的功耗设计。对于一个电子产品，总功耗为该产品正常工作时的电压与电流的乘积，这就是低功耗设计的需要注意事项之一。为了降低产品的功耗，在电子产品开发时尽量采用低电压低功耗的产品。比如一个产品，曾经用5v单片机正常工作，后来又了3.3v的单片机或者工作电压更低的，那么就是在第一层次中进行了低功耗设计，这也就是我们常说的研发前期低功耗器件选择。这一般需要有广阔的芯片涉猎范围或者与供应商有良好的沟通。其次是模块工作的选择控制，一般选择具有休眠功能的芯片。比如在设计一个系统中，如果某些外部模块在工作中是不经常使用的，我们可以使其进入休眠模式或者在硬件电路设计中采用数字开关来控制器工作与否，当需要使用模块时将其唤醒，这样我们可以在整个系统进入低功耗模式时，关闭一些不必要的器件，以起到省电的作用，延长了待机时间。一般常用方法：①具有休眠模式的功能芯片②MOS管做电子开关③具有使能端的LDO芯片。再次，选择具有省电模式的主控芯片。现在的主控芯片一般都具有省电模式，通过以往的经验可以知道，当主控芯片在省电模式条件下，其工作电流往往是正常工作电流的几分之一，这样可以大大增强消费类产品电池的使用时间。同时，现在一些控制芯片具有双时钟的模式，通过软件的配置使芯片在不同的使用场合使用不同的外部始终从而降低其功耗。这与始终分频器具有异曲同工之妙，不同之处想必就是BOM的价格问题。现在火爆的APPLE WATCH 就是低功耗的一个例子：全功能运行3-4小时，持续运行18小时。主控芯片或者相关模块唤醒的方式选择。通常进过以上的步骤设计好了硬件结构，在系统需要省电，在什么时候进入省电模式，这一般在软件设计中实现，但是最主要还是需要根据产品的功能特性来决定了。当系统进入了省电模式，而系统的唤醒也需要控制。一般系统的唤醒分为自动唤醒和外部唤醒。 A、自动唤醒是使用芯片内部的定时器来计时睡眠时间，当睡眠时间达到预定时间时，自动进行唤醒。这与我们使用的看门狗或者中断有比较相近之处，不同就是其工作与否的时序。 B、外部唤醒就是芯片一直处于一种休眠状态，当有一个外部事件(主要是通过接口)来对芯片进行一个触发，则芯片会唤醒，在事件处理之后消除该触发事件而在此进入休眠状态。因此，根据系统的特性，就需要进行软件设计时，来决定如何使用睡眠及唤醒，以降低系统的功耗。最后说说功耗的测试，功耗测试分为模块功耗和整机功耗，模块功耗需要测试休眠时功耗和工作时功耗。整机功耗分为最大负荷工作时功耗和基本功能时功耗和休眠时功耗。在前期的测试中我用直接用UI来进行测量，关于如何进行高精度低功耗产品的测量，在下篇中进一步说明。

家用热量表系统设计

绪论 1.1 研究的目的及意义新中国成立以来,供热事业有了很大发展,对国家经济建设、提高人民生活水平和改善环境发挥了重要作用。当前由于我国建筑物的保温隔热和气密性能很差,供暖系统热效率低,至2000年,全国城市建筑耗能将占能源生产总量的14%,单位住宅建筑面积采暖能耗为相同气候条件下发达国家的3倍[1]。在社会生产力不断发展的今天，能源紧缺已经成为各个国家越来越突出的问题。所以能源合理有效地使用已经成为我国相关部门管理的重要内容之一[2]。随着社会主义市场经济体制的逐步前进，我国供热体制正在发生改变。供热企业与用户之间的关系己逐渐变为供暖部门与业主之间的商品买卖关系[3]。尤其随着“房改”和住房私有化后，现行的城市住宅供暖费用由企业全部承担的政策已不能适应当前形势的需要，住户对采暖方式有了自主选择的权利和自由。这些都对传统的供暖计费方式提出挑战，这要求我们要设计以单片机为核心的新型智能热量表[4]。 2007年6月,国家发改委与国家建设部又联合制定了关于《城市供热价格管理暂行办法》。办法中明确了用户、热力生产企业及传送企业之间按热量表收热费的要求。这也就要求新建居民住宅要以户为单位分户做计量设计,分户施工并安装户用热量表,而之前所建的居民住宅要逐步实施改造,加装户用热量表。同年10月,建设部又发布关于《热量表》城镇建设行业产品标准,规定此标准自2008年4月1日起正式实施[5]。自从供热计量收费制度在全国开展以来,仅热量表每年的需要量就可达上百万套,中国热量计量仪表产业将是世界最大且最具潜力的产业。所以,本课题的研究具有现实的经济意义和社会意义。 1.2 国内外背景及发展现状上世纪的70年代,针对热量表的发展,国外已经做了大量研究,迄今为止所积累的大量经验也表明,为了让人们得以自觉节能并形成习惯,行之有效的手段则是以户为单位,按户实际所耗热量来进行计费。这种以按实际耗用热量向用户

数据采集系统简介研究意义和应用

一前言 1.1 数据采集系统简介数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。该数据采集系统是一种基于TLC549模数转换芯片和单片机的设备，可以把ADC采集的电压信号转换为数字信号，经过微处理器的简单处理而交予数码管实现电压显示功能，并且通过与PC的连接可以实现计算机更加直观化显示。 1.2 数据采集系统的研究意义和应用在计算机广泛应用的今天，数据采集的在多个领域有着十分重要的应用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。利用串行或红外通信方式，实现对移动数据采集器的应用软件升级，通过制订上位机(PC)与移动数据采集器的通信协议,实现两者之间阻塞式通信交互过程。在工业、工程、生产车间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。例如：在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D 卡以及422、485等总线板卡。卫星数据采集系统是利用航天遥测、遥控、遥监等技术，对航天器远地点进行各种监测，并根据需求进行自动采集，经过卫星传输到数据中心处理后，送给用户使用的应用系统。 1.3 系统的主要研究内容和目的本课题研究内容主要包括：TLC549的工作时序控制，常用的单片机编辑Ｃ语言，VB 串口通信COMM控件、VB画图控件的运用等。本课题研究目的主要是设计一个把TLC549（ADC）采集的模拟电压转换成八位二进制数字数据，并把该数据传给单片机，在单片机的控制下在实验板的数码管上实时显示电压值并且与计算机上运行的软件示波器连接，实现电压数据的发送和接收功能。

基于MSP430的极低功耗系统设计

基于MSP430的极低功耗系统设计摘要：MSP430是TI公司出品的一款强大的16位单片机，其显著特点是具有极低的功耗。本文对构造以MSP430为基础极低功耗系统作为有益的探讨，对于设计各种便携式设备都具有较高的参考价值。对于一个数字系统而言，其功耗大致满足以下公式：P=CV2f，其中C为系统的负载电容，V为电源电压，f为系统工作频率。由此可见，功耗与电源电压的平方成正比，因此电源电压对系统的功耗影响最大，其次是工作频率，再就是负载电容。负载电容对设计人员而言，一般是不可控的，因此设计一个低功耗系统，应该考虑到不影响系统性能前提下，尽可能地降低电源的电压和使用低频率的时钟。下面对TI公司新出MSP430来具体探讨这个问题。 MSP430具有工业级16位RISC，其I/O和CPU可以运行在不的时钟下。CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制：正常运行时电流160μA,备用时为0.1μA，功耗低，为设计低功耗系统提供了有利的条件。图1是我们设计的以MSP430为CPU的“精密温度测试仪”（下面简称测试仪）。该产品使用电池供电，体积小巧，携带方便。在使用时应该尽可能地选择最低的电源电压。对于MSP430而言，可用的最低电压是很低的，最低可达1.8V。我们使用TI公司推荐使用的3V。通常的电源只提供5V电压，因此，需要将5V电压由一个3V的稳压管降压后给CPU供电，也可以直接锂电池供电。3V不是标准的TTL电平，因此，在使用时需要用接口电路使CPU的非TTL标准电平能与TTL标准电平的器件连接。这些接口电路应该也是低功耗的，否则会造成一方面使用低电压降低了功耗，另一个方面使用额外的接口电路又增加了系统的功耗。或者直接使用支持3V电压的外围芯片。图1 （2）时钟频率从低功耗的角度看，需要较低的频率，但是在实时应用中为了快速响应外部事件

数据采集系统

湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）开题报告（2012届）教学部：机电信息工程教学部专业：电子信息工程学生姓名：肖红杰班级： 0801 学号 0812140106 指导教师姓名：杨韬仪职称讲师 2011年12 月10 日

题目：基于单片机的数据采集系统的控制器设计 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的 A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量

热量表设计方案

1 引言把热表计量技术中的关键要素——温度和流量引入到热计量技术中；利用热介质的温差及供热系统中流量相对稳定的概念，将每个计算单元的温差及流量作为热能计量的依据，实现热量计量。 2 核心技术介绍 2.1热量计算原理在供热用户中安装热量表，当热水流经供热用户时，根据流量传感器给出的流量和配对温度传感器给出的供回水温度，以及热水流经的时间，可计算并显示供热用户所吸收的热量。其基本公式为： 1 1 r r m v r r Q q hdt q hdt ρ= ?= ??? （1）式中：Q —供热用户所吸收的热量，J 或W .h m q —流经热量表的水的质量流量，kg/h v q —流经热量表的水的体积流量，m 3 /h ρ—流经热量表的水的密度，kg/m 3 Δh —供热用户的入口和出口温度下的焓值差，J/kg τ—时间，h 2.2 红外无线通信技术红外线是指波长在750nm~1mm 之间的电磁波，它的频率介于微波和可见光之间，是一种人眼看不到的光线。红外通信利用波长在850nm~900nm 之间的近红外线作为信息的载体来进行通信，将二进制数调制成脉冲序列并以此驱动红外线发射管向外发射红外光；而接收端则先将接收到的光脉冲信号转换为电信号，再进行放大、滤波、解调处理后还原为二进制信号。 2.3超声波流速测量原理图1 超声波测量流量原理超声波流量测量是应用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法，如图1 所示。

3 总体设计方案及说明本方案以MPS430为主控芯片、结合超声波测量技术利用高精度时间测量芯片TDC-GP2测量暖气管道进水流速、进回水温度，以此作为热量计算的依据。 3.1系统原理框图通过一对超声波换能器测量供暖管道的水流速度，进而通过流速计算流量，实现流量的测量；通过温度传感器PT1000测量供暖管道进水温度和回水温度，计算其温度差，由流量和进回水温度差计算出用户所用的热量，作为计费的依据。其系统组成框图如图2所示。图2 系统原理框图 3.2模块功能超声波换能器通过一对超声波换能器，相向交替收发超声波，通过测量超声波在顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速。进水温度、回水温度采用PT系列温度传感器PT1000测量进回水温度，PT1000具有很好的线性性质，测量精度高，电路实现简单。红外通信接口（预留）通过此接口实现热能表参数设定、数据抄录等功能。 RS485通信接口（预留）通过上位机读取指定热量表的热能数据、热能表系统参数信息、读取并设定数据参数。液晶显示模块通过按钮按下时间长短显示相应菜单，向用户提供相应热能数据信息，方便用户查询，并当系统发生故障时，显示报警信息。按键接口通过此按键按下时间长短显示相应菜单，实现与用户交互，方便用户查询。注：预留功能接口其与外界通信数据格式与贵公司协商，由贵公司提供。 3.3 功能设计： ①显示功能：用户可以在显示屏查看累计用热、进出水温度值、进出水温差、流量以及其他提示性符号； ②记忆功能：热量表中信息自行记忆，保持时间大于10年；

基于GP21+EFM32的超低功耗超声波热量表电路模块设计

基于32位Cortex-M3内核的超低功耗微控制器EFM32与ACAM公司的高集成度TDC-GP21芯片推出的超声波热量表方案，能够充分发挥EFM32的超低功耗与高运算能力的特点及GP21高精度的测量能力，它将成为超声波热量表方案中的最优之选。主控及显示部分超声波主控MCU采用EFM32TG840F32，它是基于ARM公司的32位Cortex-M3内核设计而来，对比于传统的8位、16位单片机，它具有更高的运算和数据处理能力，更高的代码密度，更低的功耗。实际数据显示，EFM32TG840在执行32位乘法运算仅需4个内核时钟周期，32 位除法运算仅需8个内核时钟周期，而相应热表上运用的16位单片机却分别需要50和465个时钟周期。而恰恰在时间数据转换芯片TDC-GP21上采集得到的数据均是32位长度，因此在运算和热量计算时均是32位的数据运算。可见，采用EFM32TG840可以让超声波热量表有更好的运算性能，从而使得整机可以缩短处在运行计算状态状态，达到降低运行功耗的效果。 EFM32TG840具有EM0-EM4共5种低功耗模式。在EM2的低功耗模式下，微控制器仍可实现RTC运行，LEUART、LETIMER 及LESENSE的通信或控制功能，而功耗仅需900你A。而且它具有灵活的唤醒方式和自主工作的PRS系统，可以由外部I/O、I2C通信接口、 LEUART 通信信号等等方式唤醒。 EFM32TG840集成了8×20段的LCD驱动器，满足直接驱动超声波热量表液晶屏的需求，而功耗仅为550nA。EFM32TG840的 LCD驱动器内部集成电压升压功能和对比度调节功能，可实现在芯片内部VCMP电压比较器监控VDD电压，分等级开启LCD升压及对比度调节，达到LCD 的现象效果良好，即使系统电池随着使用时间增加出现电压跌落现象。