水情数据采集系统的低功耗电子设计

存 储 ， 显 示 ， 报 警 及 远 程 通 讯 机 ，该 新 款 是 基 于 闪 存 的产 品系 等 ，支 持Ｒ ４ ５ Ｓ ８ 总线 通信 ，其 一直 列 ，是 具 有 超 低 功 耗 性 能 的 １ 位 ６ 处 于 工 作 状 态 ，功 耗 是 一 定 的 。 单 片 机 。 在 １ ８ 一 ． Ｖ 工 作 电 ．Ｖ３６ 的
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水 情数 据 采 集系 统 宥 低 功 耗 电子设 计
航 天恒星空间技术应用有 限公 司 董 向辉
【 摘要 】讨论 了水 库水 情数据采 集低 功耗设计 中应考虑 的各个方 面并结合实践经验具体介绍 了系统 中主芯片、外 围电路 和电源 的解决方案 以及软件的设计 思路 。 【 关键 词】水情数据采 集系统；低功耗 ；ＭＳ ４ ０ Ｐ ３
个 震荡器 。我们 可 以根据 需要选 择 电最 大 ，Ｌ Ｍ 耗 电最 省 ，在 实 时 设 计 。 由 主程 序 和 中 断 服 务 程 序 Ｐ４
合 适 的振 荡频率 ，并可 以在不 需要 时钟模 式 下 ，可 达２ ５ ，在 Ｒ Ｍ 组 成 。使 用Ｃ 言进 行 设 计编 程 。 ． Ｍａ Ａ 语 时随时关 闭振荡 器 ，以节 省功耗 。 保 持 模 式 下 ，为 ０ １ 。 另 外 工 主程 序设 计框 图如 图３ 示 。 ． Ｍａ 所
信 距 离可 达 １ 米 以上 ，所 以保 证 处 于 休 眠 的低 功 耗 状 态 。 同时 在 千
低 效 率 以及 人 为 因素 的弊 端 ， 且 了 库 区 现 场 机 房 机 可 以对 分 布 在 整 个 系 统 的设 定 时 间 点 ，采 集 终 具较 高 的 可 靠 性 和 稳 定 性 。 由于 库 区 各 处 的采 集 终 端 进 行 统 一 数 端 又 要 将 每 天 的采 集 数 据 上 报 于 实 际 使 用 环 境 的要 求 和 现 代 电子 据 采 集 以及 闸 门等 控 制 操 作 。在 上 位 机 ，此 时系 统 需 要 较 快 的传 系 统 的 普 遍 取 向 ，是 否 具 备 良好 水 库 枢 纽 管 理 处 的机 房 安装 有 Ｐ 输 速 率 。所 以所 谓 的 低 功 耗 其 实 Ｃ 的低 功 耗 设 计 是 决 定 该 系 统 能 否 机 ， 服 务 器 等 ，通 过 电话 线 和 调 就 是 采 集 终 端 在 系 统 即 没 有 与 传 成 功 应 用 和 推 广 的 一 个 关 键 问 制 解 调 器 与 库 区现 场 机 房 进 行 数 感 器 进 行 通 讯 ，又 没 有 与 上 位 机 题 ， 因 此 对 其 研 究 和 探 讨 具 有 重 据 交 换 ，实 现 远 程 水 情 数 据 采 集 通讯 时 的低 功耗 工作 模式 设计 。
器 ； （ ）Ｘ ２ ５ Ｋ Ｚ ８ Ｈ 的标 程 序 可 以选 择 进 入 任 何 一 种 低 功 据 处 理 软件 ， 向采 集 终 端 发 出 中 ３ Ｔ 接４ ０ Ｈ 一 Ｍ Ｚ
外始
显示模块
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系统 初 始 化
Ｉ
。 。
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电 源 ：
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、
本 结构 水 情 数 据 采 集 系 统 主 要 由
模 块和 电源 模块 等几 部分构 成 。
采集 终端 原理框 图如 图２ 示 。 所 Ｍ Ｕ￣ 耗 的 芯片有 很 多 ，在 Ｃ（功
池 供 电 ， 由若 干 个 传 感 器 串接 起 此 我 们 选 用Ｔ 公 司 的Ｍ Ｐ ３ 系 列 Ｉ Ｓ４ ０ 来 ， 可 以进 行 数 据 采 集 ，处 理 ， 中最 新 推 出 的Ｍ Ｐ ３ Ｆ ｌ ８ 片 Ｓ４０５４单
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情 数 据 采 集 系 统 是 水 库 信 息化 系 数 据 。采 用 Ｒ４ ５ 线方 式 实现 库 的 时 间 点 进 行 集 采 ， 因 此 在 数 据 Ｓ８总 统 的 一个 部 分 ，其 有 效 的 实施 能 区采 集终 端 的联 网 。 由于 Ｒ ４ ５ Ｓ ８ 通 采 集 时 间 以外 ，采 集 终 端 就 可 以 解 决人 工观 察 记 录 水 情 不 连 续 、
而 采 集 终 端 工 作 模 式 是 每 天 固定 压 范 围 内性 能 高 达 ２ Ｍ Ｐ 。包 含 ５ ＩＳ
的３ 时 间点 进行 数 据采 集 工 作 ， 个
图 １ 系 统 结 构 图
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个 用 于 优 化 功 耗 的 创 新 电源 管
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出了使用 网络分 析仪 的实物测试效果和 实物 图，满足 了设计的指标要求。 【 关键 词】发夹型滤波器 ；接 收机 ；ＡＤＳ 软件
定 极 短 的 时 间 ，且 每 天 有 固定
相 适 应 ，采 用 远 程 水 情 数 据 采 集 个 采 集 终 端 ，采 集 库 区 水 位 、库 采 集 系 统 在 每 次 采 集 数 据 时 只 需 系 统 已经 成 为 一 种 趋 势 。远 程 水 区 雨 量 、 水 温 、水 流 等 相 关 水 情
该 采 集 终 端 配 有 相 应 的 数据 处 理 软 件 ， 当 与 上 位 机 进 行 数据 交 换 时 ， 首 先 在 上 位 机 上 运 行 数
这 ３ 振荡器 分别 为： （ ）Ｄ Ｏ 个 １ Ｃ 数控 作 电压 对 功 耗 的 影 响 ： 电压 越 低 Ｒ 振荡器 ，它在 芯片 内部 ，不用 时 功 耗 也 越 低 。 系 统 Ｐ Ｃ 位 后 ， Ｃ Ｕ 复 可 以关 闭 ； （ ）Ｌ Ｘ １ 低频振 荡 Ｍ Ｐ ３ 进入 Ａ 状 态 。在 Ａ 状 态 ， ２ ＦＴ接 Ｓ４ ０ Ｍ Ｍ
具体 设计为 ： １ 使 用 内部 时 钟 发 生 器 无 需 ． 外 接任 何元 件 ；
不 需 要 额 外 的 高 电压 就 在 运 行 中 ８ 频作 为 其信 号源 ； （ ）Ｓ Ｃ Ｋ 分 ２ Ｍ Ｌ 由程 序 控 制 写擦 除 ； （） 速 灵活 系 统 子 时钟 ，供 外 围 模 块 使 用 ； ６快
构 架 ，１ ５ ｓ 令 周 期 ； （） 富 Ｍ Ｌ 可 以选 择 任 何 一 个 振 荡 器 所 的 功 耗 并 发 挥 最 优 的 系 统 性 能 。 ２ ｎ指 ４丰 ＣＫ
的功 能 模 块 ； （ ） Ｌ Ｓ 存 储 器 ， ５ ＦＡＨ
产 生 的时钟 信 号并 进 行 ｌ 、４ 、２ 、
按收机镜像抑制 滤波器 的设 计
电子科技 大学电子 工程学 院 褚 童松 习友 宝
【 摘要 】接收机 中镜像信 号 由于 离有 用信 号较近往往会对信号造成干扰 。本 文设计 了一款带宽为３ＭＨｚ ０ ，插损小于６Ｂ的微 带 ｄ 发夹型滤波器 ，并 利用安捷伦公 司的ＡＤｓ 软件进行 了仿 真设计 ，得到 的仿真效果较好 ，输入 输 出反射系数小于一５ Ｂ。最后给 １ｄ
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理 模 块 。超 低 功 耗 低 至 ：０ １ 准 晶体振 荡器 。低频振 荡器主 要用 耗 模 式 ，此 时Ｃ Ｕ 止＿ 作 ，外 围 ． Ｍａ Ｐ停 ［ Ｒ Ｍ 持模 式 ；２ ５ 实 时时钟 模 来 降低 能量消耗 ，如使用 电池供 电 电 路 继 续 工 作 。然 后 再 适 当 的条 Ａ保 ． Ｍａ 式 ｌ５ ／ ＩＳ ６ Ｍａ Ｍ Ｐ ；工 作模 式在 ５ａＳ 的系统 ，高频振 荡器用来 对事件 做 件 下 ， 由外 围模 块 的 终端 使Ｃ Ｕ ｌ Ｐ 退
Ｃ０水 随 着 我 国 农 业 的飞 速 发 展 以 Ｔ ３ １ 位传 感 器 、雨 量 传感 器 、 Ｓ８总 的逐 步 加 强 ， 水 库 水 情 尤 其 是 远 统 、Ｒ ４ ５ 线 、远程 传 输 介质 、
与 Ｔ ３ １ 感 器 及 上 位 机 进 行 通 Ｃ０传
及 国家 对 农 业 基 础 设 施 投 资 力 度 水 情 采 集 处 理 终 端 、 闸 门控 制 系 讯 ， 因 此 采 集 终 端 的低 功 耗 性 能 是 决 定 系 统 能 否 长 期 使 用 的 关 键 ， 因 而 低 功 耗 设 计 主 要 体 现 在
～ ｌＳ 讯 块 ｒ 、 ｌ 魈 模 ■ ０ ８ 俣 Ｒｂ 狄
数据存储模块
图２ 粟 隼 终 － 理 框 图 ， ｗ原
图３ 主 程 序 设 计 框 图
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程 水 情 的 数 据 采 集 使 用 人 工 观 察 上 位机 等部 分组成 。
记 录 上 报 的 模 式 已暴 露 出种 种 缺 陷 ，越 来越 显 得 与 水 库 信 息化 不 系 统结 构 图如 图１ 所示 。
采 集 终 端 上 。采 集 终 端 是 典 型 的
在 每 个 数 据 采 集 单 元 放 置 一 单 片 机 应 用 系 统 。 由于 水 情 数 据
的变成 方 式 ，可 以通 过Ｊ Ａ ￣ Ｂ Ｌ Ｔ Ｇ Ｈ Ｓ
（ ）Ａ Ｌ 辅 助 时钟 ，供外 围模 块 ３ ＣＫ
使用 。
２ 选 择 外接 晶 体 或 陶 瓷 谐 振 ．
器 ，可 以获 得最低 频 率和功 耗 ；
两种 方式 向Ｃ Ｕ Ｐ 内装 载程序 。 Ｍ Ｐ ３ 单片机 的时钟 系统也 是 Ｓ４ ０
Ｍ Ｐ ３ 的３ 时钟 信 号 ：Ｍ Ｌ 模 式 ，如此 类推 。 Ｓ４０ 种 ＣＫ
通 过 软 件 对 内 部 时 钟 系 统 的
如 下 的特 点 ： （） Ｓ ４ ０ 列 单 片 系统 主 时钟 ；Ｓ Ｃ Ｋ 统子 时钟 ； １Ｍ Ｐ ３ 系 ＭＬ系
机 的 电源 电压 范 围 是在 １ ８ ３ ６ Ａ Ｌ 辅 助 时钟 。 （ ）Ｍ Ｌ 系 统 不 同 设 置 ， 町 以控 制 芯 片 处 于 不 ．— ．Ｖ ＣＫ １ ＣＫ
之 间 ； （） 活 的 时钟 使用 模 式 ； ２灵
主 时 钟 。 除 了Ｃ Ｕ 算 使 用 此 时 同 工 作 方 式 。整 个 时钟 系 统 提 供 Ｐ运 丰 富 的 软 硬 件 形 式 ， 已达 到 最 低
（ ） 速 的运 算 能力 ， １ 位 的Ｒ Ｓ 钟 以外 ，外 围模 块 也 可 以使 用 ， ３高 ６ ＩＣ
要 意义 。
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和 控 制 ，并 可 通 过 宽 带 接 入 总 局 采 集 终 端 由单 片机Ｍ Ｐ ３ Ｆ １ ８ Ｓ ４ ０ ５４ 、 水 情 数 据 采 集 系统 的 基 机 房和 国家 水利 网等 。 二 、系 统硬件 的低 功耗 设计 在水情数据采集系统 中， Ｔ ３ ｌ 位 传 感 器 使 用 白带 ６ 电 Ｃ ０水 Ｖ 显示 模 块 、时 钟模 块 、Ｒ ４ ５ 讯 Ｓ ８通
之 内快 速 从待机 模式 唤醒 。
耗 ，一 般 就 整 个 系 列 来 说 ，具 有
出快 速 反应 或 者供Ｃ Ｕ 行 大量 运 出 低 功 耗 模 式 ，返 回Ａ 模 式 ，再 Ｐ进 Ｍ 由Ａ 模 式 选 择 进 入 相 应 的低 功 耗 Ｍ
Ｍ Ｐ ３ 单 片机 具有 超 低 的功 算 。 Ｓ４０
Ｍ Ｐ ３ 基 本 上 有 ６ 工 作 模 Ｓ ４Ｏ 种
３ 采用 外部 时钟信 号源 。 ． 三 、系统软件 的低功 耗设计 本 采 集 终端 工 作 采 用 模 块 化
实现 低功 耗的特 别之处 。Ｍ Ｐ ３ 根 式 ，包 括 １ 活 动 模 式 Ａ ｅ ５ 低 Ｓ４０ 种 Ｍ ｎ种 据 型 号 的不 同最 多可 以选 择 使用 ３ 功 耗 模 式Ｌ Ｍ ￣Ｌ Ｍ 。其 中Ａ 耗 Ｐ Ｏ Ｐ４ Ｍ