電路功能與優勢

理想情況下，無線測量節點具有低功耗、長距離特點，易于與不同傳感器接口。通過配合使用ADI公司的三款器件，可以實現平均電流消耗《70 μA、距離接近1 km（無障礙）、數據速率達到每分鐘一次傳輸的智能測量節點，同時維持16位ADC性能（見圖1），使電路適合電池供電和自動化、遠程檢測等應用。

系統內包含的低功耗溫度測量節點每分鐘喚醒一次，測量溫度并將結果以10 kbps速率發送到基節點，然后返回睡眠狀態。基節點不斷接收來自測量節點的數據包，并通過UART將信息發送到PC，以便在“超級終端”內顯示。

ADuC7060精密模擬微控制器采用低功耗ARM7內核，擁有多種精密模擬功能。由于內置片上多路復用器、數字可編程增益放大器（PGA）、基準電壓源、可編程電流源和24位Σ-Δ型ADC，該器件幾乎可直接連接任何溫度和橋式傳感器。本例中選擇的是4線式Pt100（100 Ω鉑RTD）溫度傳感器。有關測量電路的詳情請參閱應用筆記應用筆記 AN-0970

本應用選擇的無線頻段是低于1GHz的免執照ISM（工業、科研和醫用）頻段。 ADF7021 收發器支持431 MHz至478 MHz及862 MHz至956 MHz范圍內的頻段，因此是必然選擇。該低功耗收發器所需的外部元件極少，可以輕松連接ADuC7060精密模擬微控制器，性能卓越。

ADP121 穩壓器利用兩節1.5 V電池提供2.5 V電源電壓。該穩壓器的極低靜態電流（無負載時為11 μA）對盡可能延長電池壽命至關重要。

圖1. 低功耗遠程ISM無線測量節點（簡化示意圖：未顯示去耦和所有連接）

電路描述

連接 ADF7020 ISM收發器和ADuC7060精密微控制器的是兩條總線。兩者均為串行雙向總線：其中一條總線負責配置收發器，需要四個微處理器端口；另一條總線是數據總線，用于在控制器與收發器之間傳輸數據，該總線至少需要三個微處理器端口。在該應用中，使用的是兩個端口，而非具有兩個中斷的單個雙向端口。這樣雖然簡化了軟件，但必須使用額外的二極管和電阻器，以分離輸入和輸出數據流。兩個肖特基二極管的并聯組合確保了低于200 mV的邏輯低電平。在相同封裝中BAT54C有兩個二極管（連接引腳1和引腳2從而得到并聯配置）。ADuC7060上的所有數字端口均具有可編程上拉電阻；但也需要外部上拉電阻。對于10 kbps的數據速率，4.7 kΩ的電阻效果不錯。

電路汲取的總電流取決于三個因素：個別元件在睡眠和活動模式中的要求、系統活動的時間以及收發器本身活動的時間。

第一個因素通過選擇低功耗元件來解決，例如ADuC7060和ADF7020。第二個因素即最大程度地減少系統活動，可通過讓系統盡可能長地處于非活動狀態來實現。可以考慮在整數與浮點算法間進行折衷，許多情況下整數就足夠了，其執行時間更短，因此更省電。最后一個因素即縮短傳送時間，可部分通過使用開銷最小的協議實現，但更主要的是使用ADF7020，該器件具有極高的接收器靈敏度和出色的帶外抑制性能，最大程度地提高數據包含有正確數據的概率。

代碼說明－概述

系統大部分時間處于深度睡眠模式中，功耗為50 μA至60 μA（取決于環境溫度）。定時器2每秒將系統喚醒一次。每60秒執行一次ADC測量，將結果線性化并發送出去。定時器2可將系統從深度睡眠中喚醒；其他三個定時器無此功能。定時器2是16位器件，表示它采用32 kHz時鐘運行時每秒喚醒一次（睡眠模式內）。啟動ADC后，系統進入暫停模式（參見ADuC7060數據手冊）。這也是一個低功耗模式，盡管未低至深度睡眠水平。完成后ADC將系統喚醒。根據ADC結果計算溫度值，將數據打包后發送。

打包其實就是將適當數據放置在緩沖器內。此時數據包含一個4字節浮點溫度值和一個2字節CRC（循環冗余校驗）。在更復雜的系統中，該數據之前還會添加節點地址標頭、接收信號強度和其他信息。在將該緩沖數據發送至ADF7020收發器前，先發送一個8字節前導碼（用于幫助同步接收節點）和一個3字節同步字。后者是一個唯一的3字節數字，接收節點在接收數據包前會進行匹配檢查。

接收端上的硬件非常相似；配置一個ADF7020收發器隨時接收唯一的同步字。收到同步字后便接收數據包。數據通過UART發送至PC。

圖2中顯示的是測量節點和基礎接收節點主環路的流程圖。

圖2. 測量和接收節點主環路流程圖

代碼說明－ADF7020驅動器

ADF7020支持多種調制方案。本例中使用GFSK（高斯頻移鍵控），該方案的優點是頻譜效率極佳。在此模式中，ADF7020在發送和接收時均產生數據時鐘。時鐘上升沿（DATA CLK）產生一個中斷，使ADuC7060按圖3所示將數據逐位地放置在輸出端口上。輸出所有數據后，芯片選擇解除，ADuC7060重新進入深度睡眠模式。

在接收端上，ADF7020在接收到匹配的同步字后產生一個中斷（INT/LOCK端口在九個時鐘周期內保持高電平）。

該信號通知ADuC7060處理器準備接收數據包。從數據包接收的每一位均在ADuC7060內產生一個中斷。在中斷服務程序（ISR）中，讀取位流并存儲在緩沖器內。接收到數據包內的所有字節后，設置一個標志，指示新數據包已經收到。主環路現在可通過校驗和確認數據包的有效性。然后處理正確和完整的數據包。本例中通過UART將以上信息發送至PC進行顯示。如圖4所示，同一ISR既可接收來自ADF7020收發器的數據，也可向其發送數據。

圖3. 數據I/O時序

圖4. 處理接收和發送數據的中斷服務程序

常見變化

根據所需頻率，可使用許多其他產品來代替ADF7020。例如，對于2.4 GHz頻段， ADF7242 是很好的選擇。