Popis aplikace
Tato ukázková aplikace kombinuje plně integrovaný 2,4GHz transceiver EM9201 a 8bitový flash mikrokontrolér EM6819 (představené v článku Perfektní obvody pro aplikace s nízkou spotřebou), oba pracující s nízkým napájecím napětím a extrémně nízkou spotřebou. Bezdrátová senzorová aplikace toho samozřejmě využívá a je optimalizována tak, aby šetřila baterie a mohla tak fungovat po dlouhou dobu a s minimálními náklady.
Aplikace využívá topologie „do hvězdy“ a sestává z centrální jednotky obsahující počítač s USB hardwarovým klíčem a až 6 periferních jednotek napájených 3V knoflíkovými bateriemi (viz obr. níže).
Minimalizace proudové spotřeby periferních jednotek je možná díky vhodně optimalizovanému komunikačnímu protokolu s frequency hopping („přeskakování frekvence“ – metoda přenosu v rozprostřeném spektru) a bezdrátovým přenosem s využitím protokolu orientovaného na přenos dat. Parametry jednotlivých připojení jsou velmi variabilní, aby vždy umožnily kompromis mezi rychlostí přenosu dat, zpožděním signálu a proudovou spotřebou.
Tabulka základních parametrů:
|
Parametr |
Hodnota |
Poznámka |
|
Dosah |
>100m |
ve volném prostoru |
|
Životnost baterie |
až 5 let |
při minimální rychlosti přenosu dat |
|
Počet periferních jednotek |
6 |
časem může být i více |
|
Maximální rychlost přenosu dat |
60kbps |
|
Obecně lze bezdrátové aplikace použít například pro:
- bezdrátovou komunikaci obecně
- bezdrátové myši, klávesnice, atd.
- senzory v hodinkách, sportovní vybavení (sport testery)
- alarmy a bezpečnostní systémy
Architektura systému
Celková architektura bezdrátového systému je zobrazena na obrázku. V následujícím popíšeme architektury periferní a centrální jednotky.
Architektura periferní jednotky
Periferní jednotka je složena z 3osého akcelerometru (ST Microelectronics LIS3DH), mikrokontroléru EM6819 a transceiveru EM9201. Mikrokontrolér je s transceiverem a akcelerometrem propojen přes sériově periferní rozhraní (SPI). Bezdrátovou komunikaci zajišťuje mikrokontrolér pomocí komunikačního protokolu využívajícího spojovací (link layer) a transportní vrstvy.
Zajímavostí periferní jednotky je volné místo na desce s plošnými spoji, umožňující přidání uživatelského hardware. Součástí desky je rovněž anténa, jejíž vyzařovací parametry lze ovlivňovat změnou polohy napájecího bodu (vliv na impedanci) nebo změnou délky (vliv na rezonanční frekvenci). Případné další změny na desce je samozřejmě nutné provádět citlivě, s ohledem na možný vliv na parametry antény.
Architektura centrální jednotky
Centrální jednotka je složena z transceiveru EM9201, mikrokontroléru EM6819, USB kontroléru FT245 a hostitelského PC. Mikrokontrolér je s transceiverem propojen přes SPI. Komunikace mezi mikrokontrolérem a hostitelským počítačem funguje hromadným přenosem přes USB za pomoci USB převodníku FT245. Bezdrátovou komunikaci zajišťuje mikrokontrolér a hostitelské PC pomocí komunikačního protokolu využívajícího spojovací (link) a transportní vrstvy.
Komunikační protokol je sestavený na míru požadavkům na bezdrátový přenos s nízkou spotřebou a hvězdicovou topologii.
Zobrazení demonstrační aplikace na PC
Fungování bezdrátové aplikace se pozoruje a ovládá prostřednictvím hostitelského PC. Podstatné informace pro porozumění fungování aplikace jsou přehledně zachyceny na screenshotu obrazovky PC (viz obrázek).
Na pozadí je vidět hlavní okno aplikace (Measurement Network). V jeho horní části se ve třech oddílech zobrazují informace o zaregistrovaných, resp. připojených periferních jednotkách, včetně jejich srozumitelných pojmenování – zde jsou vidět například jednotky teplotní senzor a akcelerometr. V levé dolní části hlavního okna jsou informace o průběhu jednotlivých časových úseků činnosti připojených periferních jednotek. V pravé dolní části je zobrazena grafická reprezentace časových úseků a jejich přiřazení k jednotlivým připojením. Každý časový úsek je reprezentován obdélníkem, jehož pozice, barva a její intenzita odpovídají pozici časového úseku v rámci frekvenčního skoku a stavu připojení.
Ve dvou oknech vlevo (Data Processor), částečně překrývajících hlavní okno, jsou zobrazeny identifikační a naměřené údaje o dvou aktivovaných senzorech, v tomto případě akcelerometrech. Tečka ve čtverci znázorňuje relativní polohu periferní jednotky s akcelerometrem.
V pravém dolním překrývajícím okně (též Data Processor) jsou zobrazeny údaje z jiné periferní jednotky, jíž je tentokrát teplotní senzor, v pravé části se tedy zobrazuje teplota.
Na závěr bychom rádi zdůraznili, že tato ukázková bezdrátová aplikace s nízkou spotřebou je jen jedním příkladem z celé řady dalších užitečných aplikací, které lze vyvinout s pomocí obvodů EM9201 a EM6819. Pro zájemce o vyzkoušení této aplikace firma ASICentrum vyvinula a prodává speciální demonstrační kit, který umožňuje otestovat si základní funkce, včetně vizualizace naměřených údajů. Součástí kitu je kromě USB klíče 5 periferních jednotek a 5 knoflíkových baterií i CD s kompletní dokumentací, firmware včetně zdrojových kódů, demo software, schéma zapojení a Gerber data plošných spojů (viz obrázek).
(Článek byl napsán s využitím materiálů poskytnutých firmami EM Microelectronic a ASICentrum spol. s r. o.)
Související článek: Perfektní obvody pro aplikace s nízkou spotřebou
1) Máte zájem o další novinky z oblasti bezdrátové komunikace v pásmu 2.4 GHz ?
2) Využíváte nebo plánujete vývoj aplikace v oblasti bezdrátové komunikace v pásmu 2.4 GHz případně přímo pro Bluetooth Low Energy ?
Obvody pro bezdrátovou komunikaci patří ve společnosti ASICentrum k prioritám, vývoj dalších variant a vylepšení proto probíhá kontinuálně. Jakékoliv Vaše dotazy rádi zodpoví na sale@asicentrum.cz .
