3、基于MSP43O和Zigbee的无线抄表终端电路
介绍了一种以MSP430F149单片机为核心的,基于Zigbee网络的无线抄表终端。具体阐述了该终端的主要特点、硬件电路设计和软件设计。试验结果表明,该设计具有运行稳定,可靠性高的特点,可广泛应用于各类水、电、气表终端无线集中抄表中,具有良好的应用前景。
电路原理:核心处理器采用TI公司的MSP430F149单片机。为实现低功耗的要求,电路中采用高速和低速两个晶振,由高速晶振产生频率较高的MCL-K,以满足 CPU高速数据运算的要求,在不需要CPU工作时关闭高速晶振,由低速晶振产生频率较低的ACLK,运行实时时钟。日历时钟芯片采用PHILIPS公司的 PCF8563。此芯片支持IIC总线接口,采用低功耗CMOS技术,具有较宽的工作电压范围1.0V~5.5V,在3.0V供电条件下,工作电流和休眠电流的典型值都为0.25μA,能记录世纪、年、月、日、周、时、分、秒,具有定时、报警和频率输出功能。存储器采用复旦微电子的FM24C04。此芯片是两线制串行EEPROM,兼容IIC总线接口,采用低功耗CMOS技术,具有较宽的工作电压范围2.2V~5.SV,在3.0V供电条件下,额定电流为 1mA,休眠电流典型值为5 μA,在掉电情况下,存储器中的数据能保存100年。
MSP430F149在硬件上具有2路TTL电平的串行接口,一路经SP3485芯片转换成RS485串行接口后与连接在其底层的数字电能表通信,另一路直接与CC2430进行通信。RS485总线被目前的绝大多数数字电能表所支持,其采用平衡发送和差分接收方式实现通信,具有极强的抗共模干扰能力,信号可传输上千米,并且支持多点数据通信。而符合Zigbee协议的CC2430芯片支持TTL电平的串行接口,所以无须进行接口转换,就可以与核心处理器进行通信。本终端在设计的过程中所有器件的选型都考虑了低功耗要求,即使使用电池供电,每次更换电池也至少可以使用两年。并且选用的元器件都支持3.3V电压,全部电路只需要单一电源就可以稳定运行。 图1是本终端的硬件原理图,省略掉了电源稳压电路、滤波电路和一些外围元件。图中的LED1、LED2、LED3分别用于指示接收数据、发送数据和无线网络状态。
4、一种采用MSP430F2274无线充电电路
采用MSP430F2274超低功耗单片机作为无线传能充电器的监测控制核心,通过开关选择充电的速度,实现快速充电和常态充电功能,电能充满后给出充满提示且自动停止充电。无线充电系统主要采用电磁感应原理,通过线圈进行能量耦合实现能量的传递。系统工作时输入端将交流市电经全桥整流电路变换成直流电,或用24V直流电端直接为系统供电。当接收线圈与发射线圈靠近时,在接收线圈中产生感生电压,当接收线圈回路的谐振频率与发射频率相同时产生谐振,电压达最大值,具有最好的能量传输效果。通过2个电感线圈耦合能量,次级线圈输出的电流经接受转换电路变化成直流电为电池充电。交直流输入采用单刀双闸继电器,交流上电常开闭合,常闭打开实现交流优先,交流断电继电器断电, 常闭闭合,实现自动切换。在切换时,时间很短,C1可提供一定时间的电量,可以实现不断电切换,不影响充电。
系统硬件以MSP430F2274单片机为核心,外围包括电源模块、数码管显示模块、D/A转换模块及恒流源模块。
电源原理:稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成,a 整流和滤波电路:整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成,其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压U4。b 稳压电路:由于得到的输出电压U4受负载、输入电压和温度的影响不稳定,为了得到更为稳定电压添加了稳压电路,从而得到稳定的电压U0。
图3.4 ±12V电源电路图
图3.4中电路提供+12 V的电源;主要用于LM1117,再由LM1117产生3.3V的电压作为MSP430F2274的工作电压。
图3.5 +5V电源原理图
图 3.5中提供的+5V的电源用于LM358 。 由于要求输出的电流最大值为2000mA,而且主要电流从它通过,所以要用大电容,本设计采用两个 2200UF 50V的电容并联(同时为了减小纹波系数本设计在两个电容之间接入有源滤波电路),由于的LM358的耐压值最大可达42V,所以 LM358可以安全工作 。
D/A电路模块
利用MSP430单片机的通用I/ O口( P1口)与TLC5615构成的DAC电路如图3.6所示。分别用P1.0、P1.2模拟时钟SCLK和片选CS,待转换的二进制数从P1.1输出到TLC5615的数据输入端DIN。
图3.6 硬件连接图
恒流源电路
方案一:本设计在起初利用图3.7所示 恒流源电路 , 运放的输出端通过三极管与反向输出端相连,构成负反馈电路,由于运放的同相输入端与反相输入端在理论上是虚短的,且运放的输入电阻无穷大,因此反相端和同相端的电位相等,即Ui'=Ui,又由于三极管的发射极Ii'=Ui/R1与集电极电流Io仅相差微小的基极电流,可视为两者相等即Ii'=Io。因此可以通过改变同相输入端的电压来调整输出电流Io的大小。
图3.7 方案一恒流源电路原理图
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