过程装备中数据采集系统的低功耗设计
工控机
工控机编辑工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。
工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。
工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。
目录1概述2主要分类3软件系统4主要结构5适用领域6主要特点7日常维护8发展前景9国内市场1概述工控机全称工业控制计算机，是专门为工业控制设计的计算机，用于对生产工控机过程中使用的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制。
工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。
工控机对于扩展性的要求也非常高，接口的设计需要满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。
2主要分类目前工控机的主要类别有：IPC（PC总线工业电脑）、PLC（可编程控制系统）、DCS （分散型控制系统）、FCS（现场总线系统）及CNC（数控系统）五种。
1、IPC即基于PC总线的工业电脑。
据2000年IPC统计目前PC机工控机（图1）已占到通用计算机的95%以上，因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，已被广大的技术人员所熟悉和认可，这正是工业电脑热的基础。
其主要的组成部分为工业机箱、无源底板及可插入其上的各种板卡组成，如CPU卡、I/O卡等。
并采取全钢机壳、机卡压条过滤网，双正压风扇等设计及EMC（electromagneticcompatibility）技术以解决工业现场的电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。
IPC有以下特点：可靠性：工业PC具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可维护性，其MTTR（MeanTimetoRepair）一般为5min，MTTF10万小时以上，而普通PC的MTTF仅为10000～15000小时。
芯片 原生代码-概述说明以及解释
芯片原生代码-概述说明以及解释1.引言1.1 概述芯片原生代码是指在芯片设计和制造过程中所使用的底层编码语言。
它是一种与特定硬件架构紧密相关的编程语言，用于描述芯片的电子元件、逻辑电路和功能。
芯片原生代码直接操作硬件资源，能够实现高效的计算和控制功能。
随着科技的不断进步，芯片在现代社会中扮演着至关重要的角色。
它们广泛应用于计算机、通信、汽车、医疗、家电等各行各业。
在计算机领域，芯片原生代码被用于编程和控制中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、内存等核心组件，为各种应用程序的运行提供底层支持。
在通信领域，芯片原生代码被用于编程和控制无线电模块、通信协议等，实现高速、稳定的数据传输和通信功能。
芯片原生代码的发展历程可以追溯到计算机产业的早期阶段。
早期的芯片原生代码主要基于机器指令，语法简单、效率高，但编写和调试困难。
随着计算机技术的快速发展，芯片原生代码逐渐演变为更加高级的编程语言，如汇编语言和C语言。
这些语言在编写和理解上更加容易，同时保持了较高的执行效率。
在现代芯片设计中，芯片原生代码具有重要的意义。
它使得芯片设计人员能够直接控制硬件资源，实现对芯片功能的精确控制。
同时，芯片原生代码也是软件开发人员的关键工具，用于编写与特定芯片相适应的驱动程序和应用软件。
未来，随着新一代芯片技术的不断涌现，芯片原生代码的重要性将会更加凸显。
随着人工智能、物联网、自动驾驶等领域的迅速发展，对芯片计算和控制能力的要求将会不断提高。
因此，对芯片原生代码的深入研究和理解显得尤为重要。
只有不断推动芯片原生代码的创新和优化，才能满足日益增长的社会需求，实现芯片技术的进一步突破和发展。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将对芯片原生代码的概述进行介绍，说明文章的目的和重要性。
首先，我们将概述芯片的定义和作用，介绍其在现代社会中的广泛应用。
然后，我们将详细介绍芯片的发展历程，从最早的集成电路到现代的多核处理器。
数据采集方案4.1
数据采集方案目录一、工业环境背景 (2)1.基于“工业4.0”及“中国智造2025”的智慧化工业环境 (2)2.控制/执行层所需要的最优化的支撑环境 (2)二、智能控制过程中三大模块在MES/ERP的架构中的作用 (3)1.工业软件模块 (4)2.执行设备模块 (4)3.工业通讯路由控制器 (5)三、工业现场信息数据的采集方式 (9)1.传感器信息数据采集 (10)2.标准通信接口信息数据采集 (10)3.视觉识别信息数据采集 (11)四、基于SartAgent系统环境的信息数据采集架构 (11)1.解决方案宗旨： (11)2.信息数据采集系统整体架构 (12)1）一站式智能装备生态系统 (12)2）控制系统解决方案特点 (13)3）系统整体架构拓扑图 (13)4）采用DW系列信息数据采集模式 (15)（1）通过标准通信接口获取信息数据 (15)（2）通过传感器获取信息数据 (15)（3）通过视觉识别获取信息数据 (16)3.系统构成 (17)1)Smart Agent统一开发平台 (17)2)SmartAgent支持的工业网络协议 (19)3)SmartAgent控制器 (20)（1）DW-59一体化控制系统 (20)a.参数配置 (20)b.编程环境支持 (21)c.应用场景 (23)d.优势 (23)（2）DW-79一体化控制系统 (24)a.参数配置 (24)b.编程环境 (25)c.应用场景 (26)d.优势 (27)（3）DW-28系列工业协议路由器 (28)a.参数配置 (28)b.编程环境支持 (29)c.应用场景 (29)d.优势 (30)一、工业环境背景1.基于“工业4.0”及“中国智造2025”的智慧化工业环境➢制造业从数字化到智慧化是发展趋势--智慧化和网络化是工业4.0的未来发展方向➢智慧工厂是工业4.0的最终形态--实现智慧工厂的前提是数字化工厂，而数字化车间是数字化工厂为基础➢数字化工厂的层次架构--大致可以分成5个层次：分别是企业层、管理层、操作层、控制层和现场层,各个层次之间通过工业通讯网络连接。
RFID的分类与基本组成部分
什么是RFID主要包括产业化关键技术和应用关键技术两方面[1]，其中RFID产业化关键技术主要包括：标签芯片设计与制造：例如低本钱、低功耗的RFID芯片设计与制造技术，适合标签芯片实现的新型存储技术，防冲突算法及电路实现技术，芯片平安技术，以及标签芯片与传感器的集成技术等。
天线设计与制造：例如标签天线匹配技术，针对不同应用对象的RFID 标签天线结构优化技术，多标签天线优化分布技术，片上天线技术，读写器智能波束扫描天线阵技术，以及RFID标签天线设计仿真软件等。
RFID标签封装技术与装备：例如基于低温热压的封装工艺，精密机构设计优化，多物理量检测与控制，高速高精运动控制，装备故障自诊断与修复，以及在线检测技术等。
RFID标签集成：例如芯片与天线及所附着的特殊材料介质三者之间的匹配技术，标签加工过程中的一致性技术等。
读写器设计：例如密集读写器技术，抗干扰技术，低本钱小型化读写器集成技术，以及读写器平安认证技术等。
RFID应用关键技术主要包括：RFID应用体系架构：例如RFID应用系统中各种软硬件和数据的接口技术及效劳技术等。
RFID系统集成与数据管理：例如RFID与无线通信、传感网络、信息平安、工业控制等的集成技术，RFID应用系统中间件技术，海量RFID信息资源的组织、存储、管理、交换、分发、数据处理和跨平台计算技术等。
RFID公共效劳体系：提供支持RFID社会性应用的根底效劳体系的认证、注册、编码管理、多编码体系映射、编码解析、检索与跟踪等技术与效劳。
RFID检测技术与标准：例如面向不同行业应用的RFID标签及相关产品物理特性和性能一致性检测技术与标准，标签与读写器之间空中接口一致性检测技术与标准，以及系统解决方案综合性检测技术与标准等。
什么是RFID技术？RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。
可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
物联网工程导论课后习题答案
第1章物联网概论1.简述物联网的定义物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
它是在互联网基础上延伸和扩展的网络。
2.简述物联网应具备的三个特征（1）全面感知：利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取；（2）可靠传送：通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享；（3）智能处理：利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，实现智能化的决策和控制。
3.简述信息浪潮15年定律的内容“计算模式每隔15年发生一次变革”被称为“15年周期定律”。
4.请解释以下名词：RFID；EPCRFID：Radio Frequency Identification射频识别。
EPC：Electronic Product Code产品电子代码。
5.物联网的三大推动力分别是什么？政府；企业；教育界与科技界。
6.国家提出的战略性新兴产业领域，主要包括哪七个方面？1）、节能环保产业；2）、新一代信息技术产业；3）、生物产业；4）、高端装备制造产业；5）、新能源产业；6）、新材料产业；7）、新能源汽车产业。
第2章物联网应用案例11.请说出数字城市发展的两个阶段数字化是数字城市发展的第一阶段。
在这一阶段，数字城市实现了无纸化、自动化办公，同时网络基础设施建设完成。
信息化是数字城市发展的第二阶段。
政府信息化、产业信息化、领域信息化和社会信息化发展迅速，各个部门内部形成有效的信息系统。
2.什么是智慧城市？智慧城市是充分利用数字化及相关计算机技术和手段，对城市基础设施与生活发展相关的各方面内容进行全方面的信息化处理和利用，具有对城市地理、资源、生态、环境、人口、经济、社会等复杂系统的数字网络化管理、服务与决策功能的信息体系。
3.谈谈数字城市与智慧城市的区别一是关注点不同。
过程装备控制技术-计算机控制系统
过程装备控制技术-计算机控制系统过程装备控制技术是指利用计算机控制系统对工业生产过程中的装备进行控制和监控的技术。
下面是一个详细的过程装备控制技术的计算机控制系统的过程：1. 设计控制系统：首先，需要根据具体的生产过程和装备的特点，设计一个适合的控制系统。
这包括确定需要控制的参数、传感器和执行器的选择以及系统的结构和算法等。
2. 传感器和执行器的安装：根据设计的控制系统，安装相应的传感器和执行器。
传感器用于监测装备的状态和参数，例如温度、压力、速度等；执行器用于控制装备的运动和操作，例如电机、阀门等。
3. 数据采集和处理：传感器采集到的数据通过数据采集系统传输到计算机控制系统中。
计算机控制系统对采集到的数据进行处理和分析，得到装备的状态和参数。
4. 控制算法的实现：根据控制系统的设计，开发相应的控制算法。
控制算法根据装备的状态和参数，计算出相应的控制指令。
5. 控制指令的传输和执行：计算机控制系统将计算出的控制指令传输到执行器，执行器根据指令控制装备的运动和操作。
6. 监控和故障检测：计算机控制系统实时监测装备的状态和参数，进行故障检测和诊断。
如果发现故障，系统会发出警报并采取相应的措施。
7. 数据记录和分析：计算机控制系统会将采集到的数据进行记录和分析，用于生产过程的优化和改进。
这些数据可以用于监测装备的运行情况、故障分析和预测等。
8. 人机界面：计算机控制系统提供一个人机界面，使操作人员可以对装备进行监控和控制。
通过人机界面，操作人员可以查看装备的状态、调整控制参数、进行故障排查等操作。
总结起来，过程装备控制技术的计算机控制系统包括设计控制系统、传感器和执行器的安装、数据采集和处理、控制算法的实现、控制指令的传输和执行、监控和故障检测、数据记录和分析以及人机界面等步骤。
这些步骤相互配合，实现对装备的精确控制和监控。
农业行业智能农业装备研发方案
农业行业智能农业装备研发方案第一章智能农业装备研发背景与意义 (3)1.1 智能农业装备发展现状 (3)1.2 智能农业装备市场需求 (3)1.3 智能农业装备研发的重要性 (3)第二章智能农业装备研发目标与任务 (4)2.1 研发目标 (4)2.1.1 提升农业生产力 (4)2.1.2 促进农业现代化 (4)2.1.3 提高农产品质量与安全性 (4)2.2 研发任务 (4)2.2.1 研发适用于不同作物和环境的智能农业装备 (4)2.2.2 研发具有自主学习与优化功能的智能农业装备 (4)2.2.3 研发具备远程监控与管理的智能农业装备 (5)2.3 技术指标 (5)2.3.1 硬件功能指标 (5)2.3.2 软件功能指标 (5)2.3.3 系统集成与兼容性指标 (5)第三章智能农业装备关键技术分析 (5)3.1 传感器技术 (5)3.2 控制系统技术 (6)3.3 数据处理与分析技术 (6)第四章智能农业装备系统设计 (7)4.1 系统架构设计 (7)4.1.1 系统整体架构 (7)4.1.2 硬件架构 (7)4.1.3 软件架构 (7)4.2 系统模块设计 (7)4.2.1 数据采集模块 (7)4.2.2 数据处理模块 (7)4.2.3 数据传输模块 (8)4.2.4 决策控制模块 (8)4.2.5 用户界面模块 (8)4.3 系统功能设计 (8)4.3.1 数据采集与传输 (8)4.3.2 数据存储与管理 (8)4.3.3 数据分析 (8)4.3.4 决策执行 (8)第五章智能农业装备硬件研发 (9)5.1 关键硬件组件选型 (9)5.2 硬件集成设计 (9)5.3 硬件功能优化 (9)第六章智能农业装备软件研发 (10)6.1 软件架构设计 (10)6.1.1 架构设计原则 (10)6.1.2 架构设计内容 (10)6.2 软件模块开发 (11)6.2.1 模块划分 (11)6.2.2 模块开发流程 (11)6.3 软件功能优化 (11)6.3.1 功能优化策略 (11)6.3.2 功能优化实践 (12)第七章智能农业装备试验与测试 (12)7.1 试验方法与流程 (12)7.1.1 试验方法 (12)7.1.2 试验流程 (12)7.2 测试指标与标准 (13)7.2.1 测试指标 (13)7.2.2 测试标准 (13)7.3 试验结果分析 (13)7.3.1 模拟试验结果分析 (13)7.3.2 现场试验结果分析 (13)7.3.3 对比试验结果分析 (13)第八章智能农业装备产业化与推广 (14)8.1 产业化路径 (14)8.1.1 技术研发与集成 (14)8.1.2 产业集聚与发展 (14)8.1.3 产业链延伸与拓展 (14)8.2 推广策略 (14)8.2.1 政策扶持 (14)8.2.2 宣传培训 (14)8.2.3 示范引领 (14)8.3 产业链建设 (14)8.3.1 上游产业链建设 (15)8.3.2 中游产业链建设 (15)8.3.3 下游产业链建设 (15)第九章智能农业装备政策与法规 (15)9.1 政策支持 (15)9.1.1 政策背景 (15)9.1.2 政策措施 (15)9.2 法规制定 (15)9.2.1 法规背景 (15)9.2.2 法规内容 (15)9.3 政策法规实施 (16)9.3.1 政策法规宣传 (16)9.3.2 政策法规执行 (16)9.3.3 政策法规评估 (16)第十章智能农业装备研发项目管理 (16)10.1 项目组织与管理 (16)10.2 项目进度控制 (17)10.3 项目风险与应对措施 (17)第一章智能农业装备研发背景与意义1.1 智能农业装备发展现状我国科技水平的不断提高和农业现代化的深入推进，智能农业装备的研发与应用逐渐成为农业发展的重点。
XX软件系统和硬件设备使用维护说明书
标识：XXXX软件系统和硬件设备使用维护说明书编制/日期：审核/日期：批准/日期：XX有限公司2023年1 概述1.1 产品特点XX由XX有限公司设计制作。
该系统主要包括XX主机以及附件两部分，能够实现XX探测功能。
1.2 主要用途和适用范围XX主要实现环境自适应的设备。
主要适用于XX的环境感知关键技术、适用于不同工作场景的机制，能够通过连续不断地认知XX环境的各种信息，并对这些信息分析、学习和判断，且能实时自适应地调整发送端参数来达到对信道改变和对抗干扰的适应，实现功能的有效性和可靠性。
2 主要技术参数速率：功耗休眠模式：≤10w待机模式：≤10W接收模式：≤50W工作模式：≤500W3 主要结构XX系统组成如图2-1所示：系统由主处理电路、协处理电路、接口电路以及电源电路组成。
图2-1 XX系统3.1 主/协处理电路主处理电路采用XX芯片，该芯片在保证处理性能的前提下很好地控制了芯片的功耗，适用于多种嵌入式开发领域。
协处理电路采用XX作为处理芯片，利用其并行处理能力，快速实现数字滤波，高精度ADC以及DAC均由XX驱动。
3.2 模拟调理电路模拟调理电路主要分为两部分：一是XX内置ADC之前的调理电路部分，该部分主要用于系统值班，采用低功耗设计。
二是高精度ADC之前的调理电路部分，该部分简化为程控放大器，以保证系统具备足够的动态范围，同时简化电路复杂度，利用高精度ADC高质量采集信号后进行数字滤波。
3.3 功率放大电路功率放大电路采用X类功放，具备较高的能量效率，采用先进的XX波调制方法后相位失真可得到有效的控制。
3.4 接口电路接口电路主要包XX以及网口，通过这两个接口传递消息以及控制命令，系统设计预留了USB口用于调试时读取FLSAH中存储的数据。
3.5 系统电源电路系统设计供电电压DCXV，供电模块采用宽输入范围设计（XV-XV），功率放大电路、模拟调理电路以及其他数字电路的电源采用隔离设计。
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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 03The Low dissipation design of a data acqusition system in process equipmentHUANG 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 acquisition1 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 2ddf (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期压、降低工作频率。
这与低功耗设计的三相宜原则(电源宜低不宜高、时钟宜慢不宜快、系统器件宜静不宜动)的概念相符[2]。
下面从几方面来考虑数据采集系统的IC选择和电路设计的问题。
2 1 单片机的选择以HC MOS单片机为核心构成设备的电路系统是低功耗设计的关键。
现在设计人员已经可以选用许多工作电压低于5V的单片机,根据公式(2 2)可知,动态功耗与工作电压的平方成正比。
假设电路完全相同,单片机工作电压为3 3V的系统比5V系统节省56%的功耗,电压若降到2 2V,功耗将降低80%以上。
例如MC68H05单片机的工作电压可降至3V,83CL401单片机可降至1 5V。
从工作频率上考虑,在满足数据采集速度要求的情况下,单片机的工作频率应尽量低,根据公式(2 2),低的工作频率不仅能使单片机和外围电路的工作频率(f)下降,而且使得能量状态转换活动几率(R)下降。
多数情况下可以选择4MHz或6MHz作为单片机的工作频率。
此外,考虑到51系列单片机的掉电模式和低功耗的闲置模式、PIC系列单片机的睡眠省电(Sleep)状态等单片机的低功耗状态,在系统设计时应尽量使单片机处在低功耗状态,只在其进行数据采集和处理时才将其从待机的工作状态唤醒。
例如,PIC16C54单片机待机工作状态下的功耗是程序运行状态下的0 5%,不足50 W。
随着高集成度的完全单片化设计思想的发展,许多公司的单片机将很多外围硬件集成到了CPU 芯片中。
内部以低功耗、低电压的原则设计,这给单片机的低功耗设计提供了强有力的支持。
比如:TI 公司的MSP430系列单片机,其内部集成了10位以上的单斜率AD转换器、LC D驱动器等。
但是工作电压却很低,如MSP430x13x工作电压范围为1 8V ~3 6V,当工作电压为2 2V,时钟频率为1MHz,工作电流只有250 A,等待工作方式工作电流为1 3 A,在RAM关闭的低功耗模式中,工作电流更加低到了0 1 A。
我们在系统设计时可综合成本、系统功能需求等多方面因素进行考虑。
2 2 外围器件的选择数据采集系统的外围器件的选择根据实际工况的要求不同而有所区别。
但是一般来说都应当包括传感器、AD转换器、数据存储器和其他一些辅助电路。
随着集成电路制造工艺的不断发展,存储器已经由原来功耗较大的NMOS器件发展到现在的HC MOS器件。
使用HC MOS工艺制造的存储器已成为主流。
现在存储器的工作方式也有并行、串行两种,同时常用的EE PROM也正在向闪速存储器过渡[3]。
主流闪速存储器厂家已采用0 18 m,甚至0 15 m 的制造工艺。
先进的工艺技术决定低电压的特性,从最初12V的编程电压,一步步下降到5V、3 3V、2 7V、1 8V单电压供电,这符合公式(2 2)提出的降低工作电压来降低动态功耗的设计要求。
从表2 1可知NMOS型存储器较CMOS型存储器的功耗大一个数量级,而闪存与EEPROM功耗相当,且可在低电压下进行快速读写,其优势是显而易见的。
表2 1 存储器的功耗型 号工作电流(mA)备用电流(mA)27641002027C64301272561004027C25630128641407028C64300 128C256500 2AT29C010500 1AT29C020400 1AT29C040A400 1X24C45100 0525C0130 15考虑到存储器实际写时间是很短的,每次读写时间大约为几百ns到几ms,相对于整个数据采集的时间来说只是小部分的时间,有必要使存储器保持在备用状态,进行读写时再将其激活。
由表2 1比较可看出备用电流相对工作电流来说是微乎其微的,这对电池供电的系统来说是十分必要的。
备用状态是指电源有效而片选信号无效时的状态,片选信号有效即进入读写状态。
以51型单片机来说,系统使用EEPROM,可以将它的OE与CE相连,用单片机的PSE N引脚驱动[4]。
这样只有在EEPROM进行读写操作时才会选中它进入工作状态,而其它的时间PSE N为高电平,EEPROM处在备用工作状态。
传感器的功耗在系统设计时是不可忽略的因素,尽量避免采用功耗大的,如磁电式、电容式等传感器。
AD转换器、地址锁存器等的选择根据低功耗352003年第1期 工业仪表与自动化装置的要求,应采用全C MOS 化设计。
C MOS 电路分为通用型CCD4000系列和MC14500系列、高速C MOS (54HC 系列和74HC 系列)及专用型3大类[5]。
其中74HC 系列的工作电压可以降低到2 0V,对进一步降低功耗大有益处。
高速CMOS 系列集成电路采用了先进的生产工艺,功耗比通用型集成电路高,但其工作速度比通用型集成电路快,驱动能力也比通用型强。
综合考虑优先选用高速CMOS 电路。
但要注意的是数据采集系统中的CMOS 集成电路空闲输入引脚不能悬空:由于C MOS 电路是电压控制器件,它的输入阻抗很高,如果输入引脚悬空很容易积累电荷,产生较大的感应电动势。
使输入引脚电位处于0、1之间的过渡区,使电路中的反响器P 沟道和N 沟道都处于导通状态,致使功耗增加。
处理方法是将未用引脚接地。
其它元器件的选取也要从低功耗设计的角度考虑,尤其是VMOS 场效应管,让其工作于开关状态,并减少其工作电流。
显示系统可选用静态的数码管或者低功耗的液晶显示器件。
图2 1 电源管理模块2 3 电源管理对于电池供电的系统来说,要在无人看管的恶劣工作环境下长时间工作而不更换电池,必须对电源进行有效的管理。
一般来说可将系统化分为若干子系统,对每个系统分时分区供电。
例如图2 1所示的电路。
利用实时时钟芯片X1228组成电源管理模块,在采集系统上电初始化时钟芯片后,通过I/O 口给JK 触发器CLK 引脚一个负脉冲,Q 引脚输出为低,三极管截止,采集系统断电。
由于空闲时时钟电路不断电,到设置的定时采集时间后,时钟芯片报警激活,中断输出端(IRG)输出一个低电平给C LK,使JK 触发器输出翻转,三极管导通,Vcc 给单片机上电复位。
之后,由单片机控制,导通模拟电路,启动传感器、AD 转换器等进行数据采集。
采集结束后,单片机保存采集结果,通过模拟I 2C 总线设置时钟芯片的下次采集中断时间,最后控制触发器CLK 引脚使三极管截止。