珠海超低功耗MCU制造
發(fā)布時(shí)間：2023-10-10 01:48:19
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基于RJM8L151的門(mén)磁報(bào)警器解決方案 NB-IoT智能門(mén)磁報(bào)警器是一種基于物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)的安防產(chǎn)品，主要用于探測(cè)門(mén)、窗、抽屜等物體是否被非法打開(kāi)或移動(dòng)。此次方案采用無(wú)線通信設(shè)計(jì)，可連接電信、移動(dòng)NB-IoT等網(wǎng)絡(luò)，可通過(guò)NB-IoT無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息上傳到云端管理平臺(tái)，在疫情防護(hù)、居家隔離和防盜報(bào)警等方面得到廣泛的應(yīng)用。 應(yīng)用簡(jiǎn)介 門(mén)磁報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)磁簧感應(yīng)原理，用于監(jiān)控各類門(mén)、窗的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)將信號(hào)傳輸?shù)铰?lián)網(wǎng)中心監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向相關(guān)人員發(fā)送短信和撥打電話通知，以及手機(jī)APP和微信推送報(bào)警信息，從而防止非法侵入，捍衛(wèi)人身財(cái)產(chǎn)安全
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家用可燃?xì)怏w報(bào)警器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以微控制器為核心，配合傳感器采樣電路、聲光報(bào)警電路等外圍電路完成氣體濃度的采集、數(shù)據(jù)處理、故障檢測(cè)和聲光報(bào)警等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如上圖所示。報(bào)警器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中危險(xiǎn)氣體含量，并在報(bào)警狀態(tài)下輸出聲光報(bào)警，驅(qū)動(dòng)外聯(lián)控制設(shè)備。本系統(tǒng)選用了瑞納捷電子設(shè)計(jì)的低功耗物聯(lián)網(wǎng)安全MCU—RJM8L151C8T6，其內(nèi)置64KB Flash存儲(chǔ)器和8KB SRAM，LQFP48封裝。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路部分包括：MCU電路、電源電路、按鍵電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、氣體檢測(cè)電路、聲光報(bào)警電路、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路等。 傳感器檢測(cè)電路的主要作用是將所檢測(cè)氣體濃度的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，并將其傳送給單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，為后續(xù)電路的數(shù)據(jù)分析、處理做準(zhǔn)備。信號(hào)采集電路直接關(guān)系到后面的數(shù)據(jù)處理部分，在整個(gè)系統(tǒng)中起到很重要的作用，這就要求其采樣電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要盡可能簡(jiǎn)單，干擾盡可能小，能夠真實(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)出相應(yīng)氣體的濃度變化。 RJM8L151C8T6負(fù)責(zé)整個(gè)報(bào)警器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、分析和報(bào)警邏輯的判斷，是報(bào)警器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要元器件，RJM8L151C8T6具有高速、低功耗、低成本的特點(diǎn)，非常符合該設(shè)計(jì)需求。
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另外，如果 MCU時(shí)鐘系統(tǒng)為外設(shè)提供多個(gè)時(shí)鐘源的話，當(dāng) CPU 處于睡眠狀態(tài)時(shí)外設(shè)仍然可以運(yùn)行。例如，一次 A/D 轉(zhuǎn)換可能需要一個(gè)高速時(shí)鐘。如果 mcu 時(shí)鐘系統(tǒng)提供獨(dú)立于 CPU 的高速時(shí)鐘，CPU 就可以在 A/D 轉(zhuǎn)換器運(yùn)行情況下進(jìn)入睡眠狀態(tài)，從而節(jié)省 CPU 耗流量。 事件驅(qū)動(dòng)功能與時(shí)鐘系統(tǒng)的靈活性并存。中斷會(huì)使 mcu 退出低功耗模式，因此，MCU的中斷越多，其防止浪費(fèi)電流的 CPU 輪詢與降低功耗的靈活性就越大。輪詢意味著進(jìn)行與不進(jìn)行功耗預(yù)算之間存在差異，因?yàn)樗诘却霈F(xiàn)事件時(shí)會(huì)浪費(fèi)CPU 帶寬并需要額外電流。一個(gè)好的低功耗 MCU 應(yīng)具有充分的中斷功能，為其所有外設(shè)提供中斷，同時(shí)為外部事件提供眾多外部中斷。 按鈕或鍵盤(pán)應(yīng)用可以證明外部中斷的優(yōu)勢(shì)。如果不具備中斷功能，MCU必須頻繁輪詢鍵盤(pán)或按鈕，以確定其是否被按下。不僅輪詢自身會(huì)消耗功率，而且控制輪詢間隔也需要定時(shí)器，其會(huì)消耗附加電流。相比而言，在具備中斷情況下，CPU 可以在整個(gè)過(guò)程中保持睡眠狀態(tài)，只有按下按鈕時(shí)才激活。 在選擇低功率 MCU時(shí)，還需要考慮外設(shè)功耗與電源管理。某些低功率 MCU僅僅是設(shè)計(jì)時(shí)不具備低利率功能的舊架構(gòu)的改進(jìn)版本。而有些 MCU在設(shè)計(jì)時(shí)即具備低功耗特性，并在其外設(shè)中內(nèi)置了低功耗功能。一種特性是在需要時(shí)單獨(dú)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力，換言之，更重要的是自動(dòng)啟動(dòng)或關(guān)閉外設(shè)的能力。A/D 轉(zhuǎn)換器就是一個(gè)例子，其在完成一次轉(zhuǎn)換后可以自動(dòng)關(guān)閉。另外，某些 MCU 正在引入直接存儲(chǔ)器存取功能，其可以在無(wú)需 CPU 干預(yù)情況下自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。 大多MCU 具有集成的掉電保護(hù)功能，當(dāng)電源低于正常操作范圍時(shí)其可以復(fù)位 MCU。通常會(huì)提供啟動(dòng)或關(guān)閉掉電保護(hù)以節(jié)省功耗的功能，但是必須在整個(gè)過(guò)程中都使掉電保護(hù)功能置于可用狀態(tài)，因?yàn)榈綦娛遣豢深A(yù)測(cè)的。某些 MCU需要70uA 的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)。在只需要 45uA 平均電流的應(yīng)用實(shí)例中很明顯可以不考慮這些 MCU。----在選擇低功耗 mcu 期間有時(shí)會(huì)忽視漏電流，但是，在苛刻的低功耗應(yīng)用中則必須考慮到漏電流。大多改進(jìn)后的低功耗 MCU都具有 1uA 的限定輸入漏電流。在 20 輸入器件中，它可能會(huì)消耗 20uA！針對(duì)低功耗設(shè)計(jì)的新 MCU具有高50nA 的漏電流。
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芯片介紹 RJGT102是一顆自帶SHA256加密算法的芯片，其存儲(chǔ)容量為176Byte，包含指令寄存器、源地址寄存器、目的地址寄存器等，該芯片根據(jù)指令寄存器的值進(jìn)行譯碼，進(jìn)行SHA-256運(yùn)算和搬移等操作，完成認(rèn)證加密工作。 芯片具有一次可編程單元、對(duì)應(yīng)的用戶ID，并且內(nèi)部設(shè)有POR電路和LDO模塊，可提供可配置的看門(mén)狗定時(shí)器和對(duì)外復(fù)位功能，與MCU可通過(guò)IIC串行接口通信，支持低功耗模式。 該芯片存儲(chǔ)主要分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)、密鑰存儲(chǔ)區(qū)和控制存儲(chǔ)區(qū)等三個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)區(qū)中的一個(gè)PAGE數(shù)據(jù)和密鑰區(qū)的數(shù)據(jù)將會(huì)參與到SHA256的加密算法。 SHA-256加密模式輸入包括8Byte的密鑰，32Byte的PAGE數(shù)據(jù)（任意一個(gè)PAGE區(qū)），8Byte的UID，8Byte的隨機(jī)數(shù)，8Byte的關(guān)鍵常數(shù)（芯片內(nèi)部固化了）。輸出32Byte的報(bào)文摘要（MAC）。由于SHA-256具有不可以從消息摘要中復(fù)原信息、兩個(gè)不同的消息不會(huì)產(chǎn)生同樣的消息摘要、修改消息中的一個(gè)比特即會(huì)引起雪崩效應(yīng)等特點(diǎn)，因此SHA-256電路能以很高的安全性提供認(rèn)證功能。