宣武超低功耗MCU公司
發(fā)布時間：2023-11-11 01:46:44
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家用可燃氣體報警器的系統(tǒng)設計以微控制器為核心，配合傳感器采樣電路、聲光報警電路等外圍電路完成氣體濃度的采集、數(shù)據(jù)處理、故障檢測和聲光報警等功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如上圖所示。報警器實時監(jiān)測空氣中危險氣體含量，并在報警狀態(tài)下輸出聲光報警，驅(qū)動外聯(lián)控制設備。本系統(tǒng)選用了瑞納捷電子設計的低功耗物聯(lián)網(wǎng)安全MCU—RJM8L151C8T6，其內(nèi)置64KB Flash存儲器和8KB SRAM，LQFP48封裝。整個系統(tǒng)的硬件電路部分包括：MCU電路、電源電路、按鍵電路、實時時鐘電路、氣體檢測電路、聲光報警電路、無線數(shù)據(jù)傳輸電路等。 傳感器檢測電路的主要作用是將所檢測氣體濃度的變化轉(zhuǎn)換成標準的電信號，并將其傳送給單片機進行AD轉(zhuǎn)換，為后續(xù)電路的數(shù)據(jù)分析、處理做準備。信號采集電路直接關(guān)系到后面的數(shù)據(jù)處理部分，在整個系統(tǒng)中起到很重要的作用，這就要求其采樣電路的結(jié)構(gòu)設計要盡可能簡單，干擾盡可能小，能夠真實準確地檢測出相應氣體的濃度變化。 RJM8L151C8T6負責整個報警器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理、分析和報警邏輯的判斷，是報警器系統(tǒng)設計中的重要元器件，RJM8L151C8T6具有高速、低功耗、低成本的特點，非常符合該設計需求。
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傳感器無刷直流電機控制原理： BLDC電機定子和轉(zhuǎn)子磁場具有相同的頻率和轉(zhuǎn)速，因此是同步電機的一種。定子繞組可繞制成單相、兩相和三相，其中三相BLDC電機因輸出功率大、轉(zhuǎn)矩脈動小和效率高應用廣泛。三相BLDC電機采用兩相順序通電模式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，定子各相繞組的導通與否由轉(zhuǎn)子位置確定，以保證轉(zhuǎn)子能夠始終輸出轉(zhuǎn)矩。 由于取消了自動換向的機械電刷，因此需要實時檢測轉(zhuǎn)子的空間位置，霍爾效應傳感器因其較高的性價比和安裝方便被廣泛采用。對于兩相導通的三相BLDC電機來說，每個電周期分成6個不同的通電區(qū)間，因此需要三個霍爾傳感器來進行分區(qū)。 將三路霍爾傳感器的輸出接到RJM8L151的輸入引腳上，每一路電平的變化將會觸發(fā)中斷，在中斷服務程序中根據(jù)霍爾傳感器信號與相繞組導通關(guān)系來達到換向的目的。 RJM8L151通過中斷服務程序來進行換相，在對電機電流的監(jiān)控上，電流信號由外部采樣及運放電路送入ADC后由軟件程序來比較判斷是否過流并關(guān)斷PWM輸出，保護電機及電路系統(tǒng)。
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非接觸式紅外額溫計是一種利用現(xiàn)代傳感器測量技術(shù)、微電子技術(shù)等技術(shù)手段對被測對象進行溫度測量的新型儀器。當紅外額溫計對準并靠近被測對象至數(shù)字接近式傳感器檢測的有效距離時，按下電源/測量鍵，并保持若干秒，則紅外額溫計內(nèi)部的紅外傳感器模塊就會進行溫度采集，并轉(zhuǎn)化為電信號，隨之將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而后通過通信接口傳輸?shù)絾纹瑱C。單片機通過數(shù)字溫度傳感器采集當前環(huán)境溫度對傳輸?shù)臏囟葦?shù)字信號進行相應溫度補償處理，并把修正后的溫度作為當前記錄編號存儲，同時判斷該溫度所處的LCD背光范圍，從而進行相應的背光顯示：（35.0-37.4℃）體溫正常綠色背光、（37.5-37.9℃）體溫偏高黃色背光、（38-42.9℃）體溫超高紅色背光，若體溫異常同時還會進行“嘀嘀嘀嘀嘀”報警，語音播報當前溫度。當超過30 秒不使用，自動進入低功耗模式省電。
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RJM8L151的正常工作電壓范圍是1.62V到5.5V,非常適合2節(jié)、3節(jié)干電池直接供電，省掉額外的LDO電路，另外RJM8L151低至0.5uA的待機電流，既能保持內(nèi)部RTC的正常計時，又能保持SRAM數(shù)據(jù)不變，該性能可大大減小系統(tǒng)對電池容量尺寸的要求。RJM8L151具有6種電源管理模式，通過裁剪時鐘樹的方式關(guān)閉時鐘來實現(xiàn)不同需求的功耗。一般情況下使用內(nèi)部低速時鐘就可以完成對外部中斷的響應，同時又可以保持很低的功耗，這是同類MCU無法做到的。另外，RJM8L151從低功耗狀態(tài)喚醒小于5us，可以實現(xiàn)快速睡眠快速喚醒低占空比工作，這又極大的降低了系統(tǒng)功耗。 RJM8L151有4個時鐘源：內(nèi)部高速時鐘、內(nèi)部低速時鐘、外部高速時鐘和外部低速時鐘。RJM8L151的時鐘控制模塊將這幾個時鐘源通過靈活的配置分頻實現(xiàn)不同的功耗和性能需求。輔助系統(tǒng)時鐘可以使用內(nèi)部低速時鐘或外部低速時鐘實現(xiàn)低功耗的要求，主系統(tǒng)時鐘提供給RJM8L151的CPU，子系統(tǒng)時鐘為外設提供給時鐘源。多樣的時鐘資源可以降低系統(tǒng)消耗，輔助系統(tǒng)時鐘在保持低功耗的同時也可以接受外部中斷，響應外部環(huán)境的變化。使用內(nèi)部高速RC振蕩器作為主系統(tǒng)時鐘，不僅可以省去一個外部的高速晶振，同時可以快速喚醒MCU來降低功耗。
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功耗MCU的選擇方法 嵌入式微控制器 （MCU）的功耗在當今電池供電應用中正變得越來越舉足輕重。大多MCU 芯片廠商都提供低功耗低功耗產(chǎn)品，但是選擇一款適合您自己應用的產(chǎn)品并非易事，并不像對比數(shù)據(jù)表前面的數(shù)據(jù)那么簡單。我們必須詳細對比 MCU 功能，以便找到功耗低的產(chǎn)品，這些功能包括：斷電模式、定時系統(tǒng)、事件驅(qū)動功能、片上外設、掉電檢測與保護、漏電流、處理效率。 在低功耗設計中，平均電流消耗往往決定電池壽命。例如，如果某個應用采用額定電流為 400mAh 的 Eveready 高電量 9V 1222 型電池的話，要提供一年的電池壽命其平均電流消耗必須低于 400mAh/8760h，即45.7u。 在使 MCU 能夠達到電流預算的所有功能中，斷電模式重要。低功耗 MCU具有可提供不同級別功能的斷電模式。例如，TI 超低功耗 MCU ?MSP430 系列產(chǎn)品可以提供 5 種斷電模式。低功耗模式 0 （LPM0） 會關(guān)閉 CPU，但是保持其他功能正常運轉(zhuǎn)。LPM1 與 LPM2 模式在禁用功能列表中增加了各種時鐘功能。LPM3 是常用的低功耗模式，只保持低頻率時鐘振蕩器以及采用該時鐘的外設運行。LPM3 通常稱為實時時鐘模式，因為它允許定時器采用低功耗 32768Hz 時鐘源運行，電流消耗低于 1uA，同時還可定期激活系統(tǒng)。LPM4 完全關(guān)閉器件上的包括 RAM 存儲在內(nèi)的所有功能，電流消耗僅 100 毫微安。