從HVAC和工廠自動化到汽車、醫療和消費類電子產品，無線連接傳感設備的開發人員一直面臨著快速迭代和成本效益的挑戰，同時還要應對日益增長的法規、互操作性和性能挑戰。盡管經常想從頭開始設計無線傳感器產品以使其在性能和尺寸方面與眾不同，但使用專門的現成套件則會更快且更具成本效益。這些套件設計用于快速原型設計和開發，并且已建立起生態系統以提供支持和可擴展性。

Texas Instruments的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是這樣一種平臺。該套件以小巧、緊湊的外形尺寸將無線微控制器 （CC1352R）、傳感器、多個無線接口、相對較高的性能和較低的功耗結合在一起，同時具有龐大且久經考驗的軟件和工具支持生態系統。

本文說明了無線傳感器產品設計和原型開發的演變特性，并介紹了CC1352R SensorTag套件及其入門使用方法。

為什么要使用無線傳感器原型設計套件？

無線傳感器設備為設計人員帶來了一個棘手的問題。為了盡可能減少維護，這些器件在更換電池之前至少要在現場持續工作1到10年。它們還需要具備一定的板載處理和分析能力，因為盡可能接近物聯網 （IoT） 網絡邊緣來處理和分析數據可減少需要交換的數據量，這反過來又可降低功耗并更好地利用可用無線帶寬。 無線帶寬存在其自身的問題，因為設計人員必須從多個無線堆棧中進行選擇，包括以亞千兆赫茲 （GHz） 頻率或2.45GHz運行的藍牙、Thread和Zigbee。就如何使用可用帶寬、功耗和處理資源而言，每種協議都有其自身的優缺點。若要從這些協議中進行選擇，需要就數據速率、覆蓋范圍、預期節點數、網絡拓撲、延時要求、占空比、功耗、網絡協議開銷、互操作性和法規要求方面對應用要求進行仔細分析。 選擇正確的接口進行全新的部署相對容易；但是，在工業物聯網 （IIoT） 應用中通常已經部署了無線網絡，因此設計人員需要決定是使用同一接口直接連接到其他節點，還是使用可能更適合該應用的其他接口，然后通過網關將舊接口連接到新接口。 這些都是設計人員需要解決的應用相關決策樹；但是當涉及到概念原型設計和開發時，很少值得從頭開始設計接口，然后選擇相關的處理器和傳感器，更不用說在軟件開發和集成方面的時間和資源投資了。誠然，“自己動手”設計可以為大眾市場設計帶來超高產量的好處。但是，在許多情況下，為自己的工廠生產線設計節點的工程師只需要幾個節點，即可從某些電動機、生產線的某個點或溫度計獲取數據，因此，高產量并不是設計要求。在這種情況下，現成的套件是理想選擇。 如果可能需要更高的產量，則可以使用已經過預先認證并符合法規要求的現成RF模塊。由于這些模塊具有豐富的固件和軟件支持，因此可以加快原型設計的速度，并維持低開發和部署成本。在這些情況下，設計人員仍然必須將所需的平臺處理器、傳感器以及每個傳感器和其他模塊的關聯軟件元素拼湊在一起。 當設計人員已經知道必須使用的無線接口時，這沒有關系。但是，當仍處于跨多種應用（具有舊式、通常不可互操作的無線接口）進行多種設計的考慮階段時，則需要一種更高集成度、更靈活的方法來進行無線傳感器原型設計和開發。

SensorTag：全面的無線傳感器原型設計平臺

更好的方法是找到一個現成的平臺，該平臺將支持無線的感測和處理節點的核心元件與傳感器、軟件和生態系統集成在一起，以支持設計人員，同時仍然允許在更高的軟件開發堆棧層級進行探索和差異化。Texas Instruments （TI） 的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是這樣的平臺（圖1）。

圖1：LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件具有設計人員進行無線傳感器應用原型設計和開發所需的一切功能。

該套件基于TI的CC1352R多頻段無線微控制器 （MCU），圍繞此MCU添加了環境和運動傳感器以及軟件，全部都在一個可拆卸外殼中，并且附有一根外部sub-1GHz旋轉天線、雙線母對母電纜、用于JTAG連接的10針扁平帶狀電纜以及快速入門指南。該套件未包含但建議一起使用的是TI的LAUNCHXL-CC1352R1 SimpleLink多頻段CC1352R無線MCU LaunchPad開發套件。此外，盡管SensorTag也可以使用可安裝在板背面的專用電池座通過CR2032鈕扣電池來運行，但建議使用兩節AAA電池。 SensorTag套件的核心是CC1352R多頻段無線MCU（圖2）。這是TI SimpleLink MCU平臺的組成部分，該平臺旨在為安全、低功耗的網絡拓撲提供所有構件。

圖2：TI的CC1352R多頻段無線微控制器獲得FCC、CE和IC的認證，可在2.4GHz和sub-1 GHz下實現雙頻運行，并構成LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件的核心。

CC1352R微控制器獲得FCC、CE和加拿大工業部 （IC） 的認證，可在2.4GHz和sub-1 GHz下實現雙頻運行，并支持低功耗藍牙 （BLE）、Thread、Zigbee、智能對象的IPv6低功耗無線個人局域網 （6LoWPAN），以及其他基于IEEE802.15.4g物理層 （PHY） 的專有協議，包括TI的SimpleLink TI 15.4堆棧（sub-1 GHz和2.4GHz）。通過使用動態多協議管理器 （DMM），它能夠同時運行多個協議。 在SimpleLink遠程模式下，無線電接收器的靈敏度為-121dBm（分貝數基準為1 （mW））；50kbps下為-110dBm；以及125kbps下藍牙靈敏度為-105dBm（具有LE編碼 PHY）。在sub-GHz頻段下，最大發射功率為+14dBm，其中消耗24.9毫安 （mA） 電流；在2.4GHz下，最大發射功率為+5dBm，消耗9.6mA電流。該器件的待機電流引人注目，在全RAM保持的情況下為0.85微安 （μA）。它也支持工業物聯網，在105?C下的待機電流為11μA。設計人員可以使用各種待機模式和模數轉換器（ADC） 采樣率來優化低功耗。例如，可以將ADC設置為1赫茲 （Hz） 的采樣率，此時系統消耗1μA。 CC1352R的中央處理器基于48兆赫茲 （MHz）Arm Cortex-M4F核心，并配備352KB系統內可編程閃存、用于協議和庫函數的256KBROM，以及8KB高速緩存SRAM。該器件支持無線 （OTA） 升級，并具有AES 128和AES 256加速器。

低BOM優化

RF前端設計人員面臨的問題之一是濾波、阻抗匹配和其他功能所需的額外分立無源元器件的數量。這些增加了BOM并使布局復雜化。為簡化CC1352R的實施，TI與Johanson Technology合作開發了尺寸為1 x 1.25 x 2毫米 （mm） 的定制集成無源元器件（IPC） 封裝，使元器件數從23個減少至3個（圖3）。

圖3：為了簡化TI的CC1352R實施，TI與Johanson Technology合作開發了IPC，將需要的無源元器件數從23個降至 3 個。

雖然SensorTag套件隨附了四個傳感器，但是如果需要更多或不同的傳感器，則可以使用TI的BoosterPack LaunchPad插件模塊選擇并快速添加它們。SensorTag套件隨附的四個傳感器是：

TI的HDC2080濕度和溫度傳感器

TI的OPT3001環境光傳感器

TI的DRV5032霍爾效應開關

TI的ADXL362加速計

下圖中顯示了傳感器的布局和連接（圖4）。

圖4：SensorTag套件隨附濕度和溫度、環境光、加速度和霍爾效應傳感器。

連接器與LaunchPad兼容，因此可以輕松連接傳感器、BoosterPack外設（例如LCD顯示器），甚至定制電路。

LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件入門

要開始使用LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件，請下載SimpleLink CC13x2和CC26x2軟件開發套件 （SDK）。此版本僅針對修訂版E的器件進行了驗證，因此對于修訂版C或更早的版本，請使用v2.30.00.xx。下載完成后，請轉到SimpleLink Academy，其中提供了分步說明和示例。

為了快速獲取樣本數據，該套件已通過名為Multi-Sensor的藍牙5（BLE5）項目進行了預編程，此項目通過BLE連接到裝有iOS和Android版本SimpleLink Starter應用的智能手機和平板電腦。通過使用該初始連接，設計人員可以開始查看傳感器數據、切換LED、讀取按鈕狀態，以及使用OTA下載 （OAD） 功能更新固件（圖5）。此時，設計人員還可以將數據從移動設備推送到云中。

圖5：設計人員可以通過BLE連接至裝有iOS和Android平臺版本SimpleLink Starter應用的智能手機或平板電腦，開始試用LaunchPad SensorTag套件。

除了BLE，LPSTK還提供了另外兩個示例：一個示例使用LPSTK作為Zigbee燈開關；另一個將其用作802.15.4網絡中的傳感器節點。SDK中提供了所有三個示例項目，如下所示：

多傳感器：

? 《simplelink_cc13x2_26x2_sdkinstall location》examples tosCC1352R1_LAUNCHXLle5stackmulti_sensor

TI DMM 傳感器節點：

? CC1352R1_LAUNCHXLdmmdmm_154sensor_remote_display_oad_lpstk_app

Zigbee 開關：

? CC1352R1_LAUNCHXLdmmdmm_zed_switch_remote_display_oad_app

作為SimpleLink和Starter應用的補充，TI提供了SysConfig，這是一個統一的圖形用戶界面 （GUI） 工具，用于為各種SimpleLink SDK組件啟用、配置和生成初始化代碼，包括BLE、Zigbee、Thread和TI-15.4的TI驅動程序和堆棧配置（圖6）。

圖6：作為SimpleLink的補充，TI的SysConfig是一組易于使用的圖形實用工具，用于配置引腳、外設、無線電、子系統和其他組件。

與任何系統設計一樣，都會需要一定程度的調試。在此階段，SensorTag設計搭配LaunchPad開發套件中的板載XDS110調試器使用（在本例中為前面提到的LAUNCHXL-CC1352R），因此包括Arm 10針JTAG電纜和雙線UART電纜。連接之后，即可進行完整的調試、編程和UART通信。按照以下步驟連接電纜：

斷開LaunchPad上的隔離跳線

將Arm 10針JTAG電纜連接到LaunchPad SensorTag上的XDS110 OUT針座

將Arm 10針JTAG電纜的另一端連接到LaunchPad SensorTag上的JTAG針座

將兩針跳線連接到RXD和TXD的頂部引腳（灰色線連接至RXD，白色線連接至TXD）

將兩針跳線的另一端連接到LaunchPad SensorTag上的引腳12/RX和13/TX（灰色線連接至12/RX，白色線連接至13/TX）

將LaunchPad連接到PC或筆記本電腦

完整的設置應類似于圖7所示。

圖7：為了進行調試，需要使用SensorTag套件中隨附的Arm 10針JTAG電纜和兩針UART電纜，將SensorTag連接到LAUNCHXL-CC1352R LaunchPad開發套件。

值得注意的是，由于正在運行的映像無法自行更新，因此傳入的OAD映像在接收時需要存儲在一個臨時位置。該臨時位置可以預留在內部閃存中或片外。在任一情況下，映像下載完成后，就會使用永久駐留在SensorTag設備上的引導映像管理器 （BIM） 來確定新映像是否有效以及是否應予以加載和運行（基于映像標題）。

BIM特別有用，例如允許設計人員在OAD之后還原為原開箱即用的映像。為此，在開機或復位期間按住BTN-1（向左按鈕），然后BIM會恢復為開箱即用的映像（即Multi-Sensor）。

總結

雖然在實施無線傳感器節點時有許多無線接口可供選擇，但是開發人員不必花時間和資源針對每個接口進行原型設計，以查看哪種接口最適合給定的應用。而是通過使用LPSTK-CC1352R SensorTag套件以及關聯的LaunchPad硬件、軟件和生態系統，設計人員可以快速輕松地混合和匹配接口、使用一個或同時使用多個接口，并可根據需要添加和交換BoosterPack傳感器。

原文標題：多種無線傳感應用，一個開發平臺實現！看看我們是如何做到的

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