電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)低功耗無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種用于電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)方案，利用LPC1114的省電耗模式配合Si4432集成芯片實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)模塊的低功耗。另外，針對(duì)模塊硬件實(shí)現(xiàn)RF前端高頻電路設(shè)計(jì)和前期仿真做出詳細(xì)說(shuō)明，模塊的RF性能指標(biāo)分別做了測(cè)試，分析了本模塊的耗能數(shù)據(jù)，可以滿足大部分的低功耗、低速率、高靈敏度的實(shí)時(shí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸需求，本模塊已經(jīng)可靠、穩(wěn)定地應(yīng)用于系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞：低功耗；Cortex-M0內(nèi)核；無(wú)線收發(fā)模塊；Si4432；電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)

電機(jī)在長(zhǎng)期高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下會(huì)產(chǎn)生大量熱量，引起主要部件的溫度升高，出現(xiàn)電機(jī)燒毀現(xiàn)象，像動(dòng)車組列車牽引電機(jī)，可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患，由于大部分電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的紅外軸溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無(wú)法檢測(cè)到電機(jī)的溫度。實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)的溫度，防止電機(jī)過(guò)熱產(chǎn)生故障是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目標(biāo)。本文提出的溫度檢測(cè)系統(tǒng)利用內(nèi)嵌Cortex-M0內(nèi)核的低成本、低功耗MCU把溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)高集成度、低功耗的射頻芯片發(fā)送到監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)。

1 模塊結(jié)構(gòu)與硬件設(shè)計(jì)方案
1．1 無(wú)線模塊方案
本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸和電源4個(gè)主要部分組成。傳感探測(cè)單元由傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)待測(cè)對(duì)象的信息采集，選用DS18B20芯片；微控制單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)等功能，選用NXP提供的內(nèi)嵌Cortex-M0核的LPC1114；無(wú)線傳輸單元負(fù)責(zé)低功耗短距離節(jié)點(diǎn)間通信，選用Silicon Labs提供的Si4432芯片；供電單元選取小型化、高容量的電池，以確保節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)壽命和微型化。
本節(jié)點(diǎn)模塊硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 模塊硬件實(shí)現(xiàn)
其中溫度傳感器通過(guò)一線數(shù)據(jù)接口把檢測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)MCU的GPIO口傳送過(guò)去，MCU通過(guò)增強(qiáng)型SPI接口對(duì)Si4432進(jìn)行內(nèi)部寄存器讀寫(xiě)，可以靈活配置各項(xiàng)參數(shù)。另外通過(guò)四線SPI接口，即MOSI，MISO，SCLK和nSEL。其中MOSI用于從LPC1114到Si4432的串行數(shù)據(jù)傳輸；MISO用于從Si4432到LPC1114的串行數(shù)據(jù)傳輸；SCLK用于同步LPC1114和Si4432之間在MOSI和MISO線上的串行數(shù)據(jù)傳輸；nSEL作為片選信號(hào)，只有片選信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)Si4432的操作才有效，具體的硬件電路設(shè)計(jì)參考Silicon Labs提供的應(yīng)用手冊(cè)，電路中提供的接收低噪聲放大器匹配電路和發(fā)射功率放大器匹配電路的阻容參數(shù)，可以使Si4432達(dá)到較好的通信效果，通過(guò)ADS對(duì)RF前端的LP filter電路進(jìn)行仿真，其S參數(shù)仿真如圖2所示，可以看出在其240～960 MHz通頻段內(nèi)，具有很小的回波損耗。