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如何在单板计算机上构建无线传感器电路www.988
发布时间:2019-10-08

  系统可能是一项艰苦工作,因为您必须确保设计符合传感器的特定要求,并做到长期的准确性和可靠性。当根据应用的要求,需要更多无线连接时,设计师很难提供这样一种解决方案——既能最大限度提高无线电灵敏度,扩大其覆盖范围,又能维持无噪声信号链运行。专为传感器应用而设计的单板计算机(SBC)可提供出色的解决方案,来满足无线传感器的复杂要求,而不影响紧凑的项目时间表。

  模拟电路与数字控制逻辑相结合,后者用于准确可靠地获取并发送传感器数据(图1)。SBC可通过提供结合软硬件与传感器应用开发工具的测试平台,来加快这些系统的设计。开发人员可以专注于优化所需的特性与功能以满足其独特应用的特定要求,而不必花时间重新创建众多传感器设计所通用的基本系统。

  NXP推出的专业板级系统专门用于传感器应用,结合了无线传感器硬件和专业软件库,以及能帮助加快设计和测试这些应用的完整开发环境。紧密集成的SBC

  元器件,用于连接CC2650与在SensorTag板上构建的多个传感器和用户接口备(图2)。

  TISensorTag专门用于所连接传感器应用的快速开发,是一个全面的、可支持许多不同开发风格的

  蓝牙的核心设备广播自己。开发人员通过云端从SensorTag即可访问传感器数据,或者使用JavaScript和jQuery直接访问数据。在此模式下,开发人员可以使用AndroidiOS移动应用作为起点,或根据与套件一起提供的网络应用项目样例中的源代码写入独立于HTML5平台的代码。对于更复杂的定制应用,SensorTag硬件会提供一个基于开放式硬件解决方案构建的高级开发平台。其中,开放式硬件解决方案旨在展示如何使用多样化低功耗传感器。开发人员可以使用称为DevPack的子卡进一步扩展SensorTag,这使设计和测试其他类型的传感器和致动器

  对于无线部署,SensorTag套件包括低功耗蓝牙(BLE)堆栈,进而在TI实时操作系统(TI-

  电路集成的ARM®Cortex®-M0处理器。尽管工程师无法对RF核心的M0处理器进行编程,但TI提供高级别、基于命令的应用编程接口(API),可实现从主处理器上运行的代码发布命令至RF核心。RF核心转而使用其专用的4KBSRAM(用于数据)和ROM(用于代码),以自主方式处理无线协议的时间关键型部分——减轻主CPU的负载,并保留资源供应用本身使用。简化的软件开发

  ADC)或通过集成的串行外设接口(SPI)轮询数字传感器而不用唤醒主处理器,从而消除了采集传感器数据所需的的额外功耗和唤醒时间。与RF核心不同,工程师可以对SCE进行编程。通过使用类C语言,开发人员可以编写定制代码来执行传感器轮询或应对特殊条件和处理要求。因此,开发人员可以创建更多动态传感器处理功能,而不必依靠为传感器数据采集

  rStudio(SCS),这是一种用于为SCE编写、测试和调试代码的特殊软件工具(图4)。

  SCS会生成传感器控制器接口驱动程序,即一组C源文件。开发人员会转而使用TICodeComposerStudio(CCS)编译这些C源文件,其中的任何其他定制代码专门作为主要应用的一部分在CC2650的ARMCortex-M3主机处理器上运行。

  调试器和分析器——全部通过IDE的单用户接口访问,该接口旨在方便开发人员完成应用程序开发的每个阶段。灵活的传感器解决方案

  无线通信的BLE模块(AMS0002)和多个用于温度、压力、环境光和距离的传感器,以及用于更复杂的运动检测应用的加速计陀螺仪和磁力仪传感器。

  对于随附的运行时间软件环境,NXP提供其LPC传感器框架,其中包括系统软件和传感器处理软件(图6)。正常操作期间,LPC54102MCU会对传感器进行采样,并使用

  tecBSXLite库处理传感器数据。通过无线BLE通信或LPCXpresso板支持的多个主机接口中的任一接口,可将结果进一步发送至其他设备或主机处理器。

  除了从多个传感器收集数据的基本功能外,SPM-S解决方案还具有通过专为高级情境感知应用而设计的传感器融合算法合并多个传感器输出的能力,因此在众多解决方案中脱颖而出。传感器融合功能结合了多个传感器的结果,可提供无法从任何单个传感器获得的信息。例如,专门识别方向的应用需要加速计、磁力仪和陀螺仪传感器的组合结果。NXP专门设计了SPM-S系统,以使用系统中包括的传感器融合软件来汇总多个实体传感器的数据。

  要在应用层级支持传感器融合,SPM-S架构可利用其在底层软件层支持虚拟传感器来扩展此基本概念。单个虚拟传感器包含多个物实体传感器,这些传感器的结果按照传感器融合算法合并后产生新信息。

  例如,对计算方向信息所需的加速度计、磁力仪和陀螺仪传感器数据进行合并而产生的传感器融合结果,会由虚拟方向传感器传回。在SPM-S开发环境中,开发人员可以指定系统的SensorMap阵列中的虚拟传感器(图8)。在此阵列中,会将每个虚拟传感器列为单个条目,并由该条目指定该虚拟传感器使用哪些实体传感器。

  SPM-S架构中的另一个深度嵌入功能,可以在一个虚拟传感器中结合多个传感器的结果时帮助维持同步。

  存储时间戳;实际的传感器结果读取在后续服务程序中执行。此方法有助于维护所需的准确时序数据,以从多个单独物理传感器的数据生成准确的虚拟传感器结果。结论

  基本无线传感器系统的设计可能会形成影响项目时间表,以及不利于应用本身的重大挑战。专业的单板计算机为传感器处理提供成熟可靠的软硬件基础,让各公司可以将资源更明确地集中于差异化的传感器应用。通过使用SBC及其关联的开发环境,工程师可以快速开发传感器应用,甚至扩展基本的软硬件以打造满足更复杂要求的定制解决方案。

  该单板计算机具有很强的数据处理和网络通信能力,能够满足大负荷的网络通信、数据处理等任务的要求。

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