基于超低功耗無線芯片SX1212的無線數(shù)傳模塊設(shè)計(jì)

　　圖二：發(fā)射處于模式2狀態(tài)，接收處于模式3狀態(tài)示意圖

　　休眠模式是通過用軟件方式實(shí)現(xiàn)的，這樣休眠時(shí)系統(tǒng)的接口均保持相應(yīng)的電平，并且能快速切換各種狀態(tài)，由于MCU主時(shí)鐘是通過RC振蕩器產(chǎn)生的，起振時(shí)間僅僅需要4uS, 實(shí)測從休眠至喚醒加上喚醒初始化的時(shí)間僅僅需要20uS，這意味模塊在休眠狀態(tài)時(shí)，置低SET_A腳后20uS就可以通過UART口輸入數(shù)據(jù)至模塊。這里我們設(shè)計(jì)了系統(tǒng)在接收或發(fā)送過程中，即使設(shè)置工作在模式3或4，模塊也要將接收或發(fā)送過程執(zhí)行完畢再進(jìn)入省電模式或休眠模式，其中在接收或發(fā)送過程中AUX腳將被置低。利用這個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)模塊處于模式3或模塊4狀態(tài)，下位機(jī)用戶在置低SET_A腳使模塊喚醒并輸入數(shù)據(jù)后，若需休眠可立刻置高SET_A腳，而不必等到模塊將數(shù)據(jù)無線發(fā)送完畢，模塊在數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后會自動(dòng)檢測SET_A腳，如為高則進(jìn)入休眠，數(shù)據(jù)是否發(fā)送結(jié)束用戶可以通過查詢AUX腳獲得。

　　圖三：模塊與下位機(jī)的連接圖

　　在電池供電的電路中，正常可將從模塊(如水氣表)設(shè)置在模式3上，當(dāng)主模塊(如采集器或收抄機(jī))在模式2下發(fā)送數(shù)據(jù)，從模塊喚醒后接收數(shù)據(jù)，完成后利用AUX腳將下位機(jī)MCU喚醒，再將數(shù)據(jù)輸出，MCU接收到數(shù)據(jù)后，可將從模塊切換至模式1，應(yīng)答主模塊.如主模塊收到應(yīng)答后也可被切換至模式1,這時(shí)主從模塊均處于正常模式下，可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。如主模塊收到應(yīng)答后，后續(xù)無數(shù)據(jù)交換可將從機(jī)再次切換至模式3處于省電模式下，等待下一次的喚醒，而主模塊可以切換至模式4休眠狀態(tài)。

　　因?yàn)槭‰娛峭ㄟ^周期性喚醒休眠再喚醒實(shí)現(xiàn)的，所以在省電模式下的功耗與喚醒周期和每次喚醒搜索前導(dǎo)碼的時(shí)間(t w)，以及休眠的靜態(tài)功耗有關(guān)。喚醒周期用戶可以在線設(shè)置范圍是50ms至5s. 每次搜索前導(dǎo)碼時(shí)間與射頻傳輸?shù)乃俾视嘘P(guān)，射頻傳輸?shù)乃俾室彩强稍O(shè)的，在10Kbps速率的速率下喚醒搜索前導(dǎo)碼時(shí)間平均約為4.5ms.

　　在省電模式下電池的使用壽命可以通過以下公式算出：

　　使用壽命 =

　　例如：電池是 3.6V/3.6A ER18505鋰亞電池，模塊包括MCU接收電流為3.2mA，休眠電流1.5uA.射頻傳輸速率10Kbps,喚醒周期為1SEC,那么電池使用壽命是：

　　考慮到電池的自放電,不同電流下的容量差異，溫度以及客戶端MCU的休眠功耗和每月幾次的使用，1節(jié)3.6V/3.6A ER18505鋰亞電池正常情況下有超過10年的使用壽命。

　　省電模式的工作方式非常適合水氣熱表，集裝箱信息管理，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等使用不是太頻繁但要求用電池長期工作的場合。

　　總結(jié)

　　在一些無線收發(fā)的應(yīng)用中，如需電池供電，又要長期處于接收狀態(tài)已保證實(shí)時(shí)響應(yīng)，只有用定時(shí)喚醒接收的方式。在電池容量不變的情況下，若想延長工作時(shí)間，只能降低占空比和提高無線收發(fā)速率。但是降低占空比會直接影響到響應(yīng)實(shí)時(shí)性，而無線接收每提高一倍的速率靈敏度一般會下降2-3dBm, .直接影響到通訊距離，現(xiàn)在市場上常見的單芯片無線IC接收電流一般都有15-20mA ,如應(yīng)用于像無線水汽表需要電池工作6-10年的系統(tǒng)，各種參數(shù)像距離，工作壽命，響應(yīng)時(shí)間很難取舍。而SEMTECH推出的SX1212創(chuàng)新的將電流降低到2.6mA,同時(shí)接收靈敏度，抗干擾，鄰道選擇性等指標(biāo)仍然具有較高的指標(biāo)。

　　目前這基于SX1212的無線模塊已有深圳市安美通有限公司開發(fā)完成，并成功應(yīng)用于無線水氣表的采集，實(shí)測在開闊地?zé)o線設(shè)置在10Kbps下距離約有450米，2Kbps下距離約有600米，1SEC打開一次的情況下，用手抄機(jī)不到2SEC即可完成一次水氣表數(shù)據(jù)采集，若與采集器配合可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)抄表，手抄機(jī)如再加上GPS即可實(shí)現(xiàn)無需人工輸入命令，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)周邊的水氣表從而進(jìn)一步提高抄表速度。而相比傳統(tǒng)的人工抄表每人每月只能抄3-4K住戶，并且燃?xì)獗泶蠖噙€要在晚上上門抄表，大大的提高了效率。