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2018
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ML7345C

作者 吴绍聪 许路 上海大学(上海 20072)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201806/382300.htm

  *2017“罗姆杯”上海大学大学生创新设计大赛最佳创意奖

摘要: 以搭载罗姆为基础,综述了设备在农业物联网中的应用优势,重点介绍了基于驱鼠设备的遥控方案。

1 驱鼠物联网设计

  驱鼠物联网主要由三层组成,上层为监控、控制中心;中层为传输网络,负责上下层信息来往;下层为驱鼠执行装置,直接负责物理驱鼠。

  主要由六个部分构成:控制单元、电源管理、逆变电路、驱鼠喇叭和物联网无线通讯模块。

  控制单元主要为LAPIS的ML620Q504H单片机,这款16位的微功耗控制器有着丰富且功能强大的外设功能,能出色地完成整个系统的控制任务。程序主要负责协调各部分的模块工作,一是对电源系统进行管理控制,由于其他模块需要单片机进行控制工作,所以控制单元先行上电,在这里利用MCU控制继电器,进而控制给其他模块上电,控制单元还设置有保护机制,当发生过压或过流时,保护断电、防止程序跑飞使用MCU的内部看门狗等;二是利用MCU内部高性能的PWM发生器产生互补的PWM驱动信号,通过在中断中改变PWM模块内部寄存器的值,然后在不同的周期输出不同占空比的控制波形,通过后级驱动电路控制桥臂,同时,在这里利用软件内部给互补的PWM波形加上死区时间来保护,防止出现直通;三是通过UART与无线通信模块进行信息交互,设置好与模块吻合的通信要求(例如波特率、停止位等)作为接收时,利用外部中断响应模块要求,并在串口中断中把要接收的数据逐一保存,明确要求指令后做出及时处理,将要发送数据存储至缓冲区后,进行发送操作,先拉低无线模块的唤醒脚,激活无线模块,然后将系统采集信息(电压电流温度等)通过小无线传至上位机。原理图如图2所示。

  电源管理模块提供24 V、5 V双路独立电源,5 V电源为系统控制电路电源,24 V为正弦波逆变器电源。逆变电路采用单相桥式电路拓扑,如图3所示。选择罗姆公司低通态电阻MOSFET管 RSD200N05 以减小功率器件开关损耗,IR2110为MOSFET专用驱动芯片。

  逆变电路选用指定谐波消除法来生成正弦波[2],指定谐波消除法通过式(1)对单极性指定谐波消除法输出波形进行傅里叶展开,再通过式(2)中对单极性模型中输出波形的直流分量、余弦分量以及正弦偶次分量进行化简后得出各个谐波的计算公式,在此次单极性调制中,消除3、5、7、9次谐波,即令A3、A5、A7、A9等于0,计算出对应5个开关角a1=23.1019、a3=33.7381、a5=47.7118、a7=68.4834、a9=76.4669,按照开关角来驱动MOS管,这样可以将输出谐波推向11次,再由后级LC滤除高次谐波,得到良好的正弦波逆变器输出电压波形及谐波分布如图4所示。

  物联网无线通讯模块采用罗姆公司GSMD-7345C模块,模块运行功耗低、传输距离远,通过UART串口与控制单元连接,负责信息中转。

  驱鼠喇叭选用大功率的超声波喇叭,频率变化范围20 kHz~50 kHz,最大输出功率100 W。

2 模块

  该借由ML7345模块,模块搭载着ML7345C芯片,加上外围电路,能够长距离进行无线通信。模块采用主流的GFSK调制,窄带载波,抗干扰能力强,模块接口采用串口通信,其工作模式分为两种:待机模式和工作模式,待机模式为低功耗模式,需进行唤醒转换到工作模式才能正常与其他模块进行通信,可拉低WK引脚或第一帧数据包唤醒,或者模块作为接收时自动唤醒,一旦模块内部定时器超时,模块自动进入到低功耗状态,以侦听的方式查看是否有数据接受。模块通过指令设置模块参数,包括4种波特率、25个信道选择、发射功率等,设置指令需指定格式以及附加CRC16校验码。图5为接收唤醒流图。

3 结论

  物联网驱鼠可以成为农区鼠害的一种有效解决方式,其大功率交变电压带动超声波喇叭,能对鼠类造成严重干扰,且十分适用于人烟稀少、地区开阔的农区。 加上低功耗、远距离可传输的ML7345C模块,可实现远程遥控、信息采集,构成驱鼠物联网,对鼠类进行围追堵截。

  参考文献:

  [1]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2009:2.

  [2]徐超.特定谐波消除技术中方程组快速求解研究[D].东北电力大学,2007.

  [3]ROHM.FEUL620Q504H-01[EB/OL].http://www.lapis-semi.cn/cn/data/user's%20manual-file_db/miconlp/FEUL620Q504H-01.pdf, 2015.

  [4]ROHM.rsd200n05fra-e[EB/OL].http://www.rohm.com.cn/web/china/datasheet/RSD200N05FRA/rsd200n05fra-e., 2017.

  [5]ROHM.rb051lam-40tr-e[EB/OL].http://www.rohm.com.cn/web/china/datasheet/RB051LAM-40/rb051lam-40tr-e., 2017.

  本文来源于《电子产品世界》2018年第7期第38页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。

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