楼宇自动化/工业现场的变革

2015-10-15 20:36:09来源: 互联网 关键字:自动化  工业  现场  变革

随着物联网应用的不断突破,我们越来越能感觉到在实际生活中IoT带来的便利性,比如目前比较先进的楼宇自动化照明,通过各类传感器如红外监测或者是声音监测,一旦感应到事件则自动触发照明,这样的功能,遍布在大楼每一处需要的地方,然后再通过无线网络实现监视、控制,这就成了目前极为流行的楼宇自动化照明控制,其中我们所需要应对的难题是如何在楼宇复杂的环境中使无线网络能达到较高的通信质量。针对这样的情况,ADI推出了一整套基于Sub-GHz技术的无线传感器节点(WSN)解决方案——EV-ADRN-WSN-1Z,通过部署低功耗传感器和其他测量系统,以无线方式实现各种复杂环境下数据采集、控制,从而大大加增强自动化管理监测和维护。

目前ADI的这套无线传感器网络开发套件有两个版本,Bunch版以及Cluster版,两者最大的区别在于无线通信控制系统的不同:(点击此处可在ADI官网购买此开发板)

  • Bunch版本:采用ADI ADuCRF101无线单芯片解决方案(集成TRx + ARM Cortex M3 MCU)
  • Cluster版本:采用ADI ADF7024 Sub-GHz ISM频段收发器+瑞萨16位MCU (RL78-G13)

EV-ADRN-WSN-1Z

此次爱板网拿到了ADI Bunch版本的无线传感器网络开发套件,具体型号为EV-ADRN-WSN-1Z,一起来了看下。

套件内包括了一块网关节点板EV-ADuCRF101MKxZ,两块多传感器节点板EV-BUNCH-WSN,一个仿真调试器以及开发套件周边的一些配件:天线、miniUSB线,4GB的资料U盘。其中,两块多传感器节点板的硬件是一模一样的,在此唯一的区别是出厂的时候烧录了不同的固件,从官网资料上来看,一块传感器板主要是传输三轴加速度计的数据,另一块传输温湿度的数据。

整套开发套件的工作原理是通过网关节点板收集来自传感器节点板的数据,实现信息数据的整合,数据传输的主要方式是通过ADI的无线单芯片解决方案ADuCRF101来实现的,我们具体来看下这个套件中网关节点板与多传感器节点板的特性。

EV-ADuCRF101MKxZ

EV-ADuCRF101MKxZ是一块硬件系统非常简单的板子,可以说就是基于ADI ADuCRF101无线单芯片的一个最小系统板。

板卡搭载一个6pin的可编程调试接口以及一个SMA天线射频接口,6pin的调试接口通过连接套件中的仿真调试器实现板卡供电、编程,SMA射频天线接口直接可以连接套件内的天线,如下图所示。

另外,板卡两侧将ADuCRF101芯片的空余IO引脚都扩展出来,方便工程师根据自己的需求做一些DIY的扩展,整个设计考虑得还是非常周到的。

 

ADuCRF101

归功于ADuCRF101的高集成度,板卡无线系统功能的实现只需芯片外部少量的电子元件,大大的降低了工程师在电路设计时的难度,那究竟ADuCRF101内部集成了些什么样的功能呢?

ADuCRF101主要特性:

  • ARM Coretx-M3处理器,集成128KB Flash、16KB SRAM
  • 集成RF收发器,无线频段:862 MHz to 928 MHz,431 MHz to 464 MHz
  • RF接收灵敏度:−107.5 dBm at 38.4 kbps
  • 6通道12位 SAR ADC,采样率167kSPS
  • 功耗:Rx:12.8mA、Tx:9~32mA,280nA关断模式
  • 支持众多外设接口:如UAR、I2C,  SPI等I/O
  • 封装:64-lead, 9 mm × 9 mm LFCSP

从硬件系统框图来看,ADuRF101芯片内部集成了ARM Cortex-M3处理器,Sub-GHz无线射频部分、模拟ADC部分、包括定时器、IO口等外设资源,可以说,芯片本身就是一个非常完整的无线通信控制系统,这种将无线通信、微控制器整合在一起大大的降低了工程师在电路设计时的难度,但同时,这种整合对芯片本身的性能也是极大的考验,但从官网给出的数据来看还是非常值得期待的。

不过,看到这,或许有人会有疑问,什么是Sub-GHz无线技术呢?这和我们平时经常接触的WiFi、低功耗蓝牙技术又有什么不同呢?

在无线通信中,通常小于1GHz频段我们称之为“Sub-GHz,而且这种技术也已经存在多年,这样的无线技术比较适合于传输距离远、低功耗、低数据速率、传输数据量少的应用,由于其更大的覆盖范围和更强的广播能力,往往会成为工业与商业应用的首选,比如我们文章一开始提到的楼宇自动化明,这要比我们所经常见到的Wi-Fi、Bluetooth和ZigBee等使用2.4 GHz频段的无线系统更加满足这类领域的需求。具体的特性可以参考如下的表格。

EV-BUNCH-WSN

另外,我们再来看下多传感器节点板EV-BUNCH-WSN,因为套件中的两块板子的硬件是一样的,这里选择其中一款来介绍。如下图所示,EV-BUNCH-WSN板卡的主控和通信部分同样是采用了ADI ADuRF101无线单芯片的解决方案,这里就不再重复介绍了,而从多传感器节点板的命名我们也不难推测,EV-BUNCH-WSN板卡肯定搭载了众多的传感器,看看分别有些什么呢?

板载传感器:

  • 三轴加速度计:ADXL362BCCZ
  • 数字温湿度传感器:SHT21
  • 环境亮度传感器APDS-9005
  • 数字温度传感器:ADT75ARMZ
  • PIR运动侦测传感器(未贴片)

从板卡搭载的这些传感器来看,仔细点的朋友一定能发现它们之间有个共同点,都是属于ADI自家的产品,众所周知,传感器是IoT、智能硬件等重要的组成部分,在这个物联网高速起飞的时代,ADI正逐步扩大这个领域的产品线,相应今后我们也能见到更多相应的产品。

除了搭载众多的传感器,EV-BUNCH-WSN板卡接口也是非常丰富的,对于初次接触这块板卡的工程师来说,熟悉这些接口的功能也是不小的挑战,各接口上具体的功能如何操作将在上电使用的过程中详细介绍。另外,我们也可以从板卡背面看到,多传感器节点板是可以通过3.3V的纽扣电池供电的。

 

上电使用

EV-ADRN-WSN-1Z开发套件是一款开箱即可使用的产品,板卡都已经烧录好了出厂程序,我们只需按照使用指导手册的步骤即可完成无线数据采集的小实验,当然在实验演示前,还需要做一些准备工作。

首先需要安装一个名为AnodeCenterPoint的软件,通过这个软件我们可以直观的观察和分析从传感器节点板传输到网关板上的数据,软件可以在ADI 提供的U盘下Start Here文件夹中找到。实际上,除了实验中的一些工具软件,ADI提供的U盘中还附带了丰富的资料文档,包括了电池估量工具,数据手册、硬件原理图、视频教程、使用指导等,完全省去了工程师刚接触产品时费心收集资料的时间。(如果用户需要最新的资料或者软件,还是推荐去ADI官网下载。)

将EV-ADuCRF101MKxZ网关板上电后,我们可以通过AnodeCenterPoint软件中Find devices找到相应的设备。

设备详细信息中显示了协议栈版本以及ISM频段(868MHz)等信息。

要将传感器节点板的数据传输到网关板卡上,首先要给传感器节点板供电,说起来,这部分的供电“花样”还非常多,先是包含了3种供电,分别为CR2032纽扣电池供电、USB信号供电、Energy Harvesting接口供电,供电的几个接口说明如下图所示。

这里需要注意的是,USB供电并不是指板卡上搭载了USB接口可以直接供电,而是通过USB的电源信号线供电,实际操作中还是要通过杜邦线或其它连接线连接5V电源。而我们所说的这3种供电方式中CR2032纽扣电池和Energy Harvesting接口供电又分别设置为是否通过板载的LDO(ADP160AUJZ-2.7,2.7V输出)供电,具体的操作方式这里就不再一一说明,可以参考用户指导手册,而5V USB线供电没有这种设置是因为它必须通过LDO降压输出,不然超过了板载芯片的耐压值了。

从这很普通的供电电路上,我们也发现了ADI电源设计之初考虑的非常周全,让工程师可以对不同的供电源进行实际产品的性能评估,可谓用心良苦。下面笔者就选用了最简单的供电方式,通过板载的纽扣电池直接供电(不再通过LDO),直接闭合LK2上C位置处的跳帽。

在LK2 C位置处跳帽闭合的瞬间可以看到电源LED指示灯闪烁一下,传感器节点板上电后,网关板会收集来自传感器节点板的数据,我们可以从AnodeCenterPoint软件上看到最直观的显示,如下图所示。(下一页)

关键字:自动化  工业  现场  变革

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2015/1015/article_10287.html
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