對于低功耗無線傳感器設計,基于標準的協議提供了優于專有方法的獨特優勢,可在互通節點網絡內提供靈活性和兼容性。雖然基于藍牙低功耗(BLE)標準的設計解決方案不斷涌現,但ANT解決方案已在許多基于個人局域網(PAN)的低數據速率應用領域中普及。在支持基于PAN的產品中的ANT/ANT +功能時,工程師可以利用ANT Wireless和Panasonic等公司的插入式模塊解決方案和IC。
ANT是一種無線系統架構,結合了2.4 GHz ISM頻段無線網絡協議和嵌入式系統解決方案(請參閱ANT協議基礎產品培訓模塊)。雖然ANT提供基本功能,但ANT +托管網絡協議支持ANT系統節點之間的互操作性。特別適用于無線傳感器網絡,ANT設計需要最少的存儲器用于堆棧,并且可以在紐扣電池上運行多年,以用于典型的低數據速率應用。
ANT/ANT +廣泛用于運動,健身,健康和家庭健康中的PAN應用。實際上,針對特定應用領域定制的ANT版本可以在非常緊湊的設計配置中運行。例如,專為心率監測器設計的ANT代碼僅需要2k內存。然而,ANT/ANT +在創建互通ANT節點網絡方面提供了高度靈活性,同時保持了串擾抗擾性和可靠通信。
ANT系統基于ANT Wireless獨家創建和認證的固件。為了支持ANT,半導體制造商依靠ANT Wireless開發優化的堆棧,通常托管在模塊化實現或片上固件中。使用單一來源的ANT堆棧可確保兼容性,并允許開發人員專注于他們在系統設計中的ANT特定應用(圖1)。
圖1:ANT Wireless實現并認證ANT協議的較低層,因此創建ANT/ANT +設計的工程師只需關注上層應用層。 (由ANT Wireless提供。)
ANT Wireless提供嵌入式ANT協議的模塊和IC,旨在加速ANT/ANT +應用的開發。 ANT無線ANTAP281M4IB和ANTAP281M5IB模塊均提供8個ANT通道,并采用20 x 20 mm封裝的集成F天線和32.768 kHz晶體振蕩器。 ANTAP281M4IB可以表面貼裝,而ANTAP281M5IB則提供連接器。 ANT Wireless已對模塊進行認證,以符合涵蓋北美,歐洲,日本和澳大利亞的全球無線電法規。
基于Nordic Semiconductor nRF24AP2 RF IC,這些模塊具有-85 dBm的接收靈敏度,可提供4 dBm的最大輸出功率。這些模塊在深度睡眠模式下消耗0.5μA,在空閑模式下消耗2.0μA(帶有無效通道),同時僅需要15 mA有源發送電流(0 dBm)和17 mA有源接收器電流。
每個模塊為ANTAP281M4IB表面貼裝模塊或ANTAP281M5IB模塊的20針Molex接頭提供簡單的17引腳分配。工程師可以將模塊直接連接到應用處理器,例如Texas Instruments MSP430F1232 MCU(圖2)。
圖2:工程師可以簡單地將ANT無線ANTAP281M4IB和ANTAP281M5IB模塊連接到主機MCU,例如TI MSP430系列MCU,以創建功能齊全的ANT/ANT +設計。 (由ANT Wireless提供。)
ANT Wireless還提供基于TI MSP430f22x2/4 MCU和Nordic nRF24L01 RF IC的ANT11TS33M4IB模塊。該模塊支持8個ANT通道,提供類似的操作特性,但也包括ANT無線‘SensRcore?操作模式。 ANT Wireless SensRcore是一個開發平臺,允許工程師在不使用外部MCU的情況下對ANT11TS33M4IB模塊進行編程,使用腳本來控制操作而不是開發固件。這提供了更緊湊設計的更快速開發。在此模式下,通道配置參數存儲在非易失性存儲器中,并在上電時啟用。使用SensRcore模式,工程師可以開發直接連接到傳感器的無線傳感器,并以獨立方式運行(圖3)。
圖3:ANT無線SensRcore使工程師無需外部MCU即可構建ANT/ANT +系統,無需開發固件。工程師不是編寫傳統代碼,而是編寫腳本來配置獨立的SensRcode模式設計,例如此處所示的壓力傳感器無線節點。 (由ANT Wireless提供。)工程師也可以求助于松下的ANT/ANT +解決方案。 Panasonic PAN1327/1317系列射頻模塊支持ANT協議和雙模藍牙連接。 PAN1327包括一個9毫米寬x 9.5毫米長x 1.8毫米高的封裝天線,而PAN1317則采用6.5 x 9 x 1.7毫米封裝,是該系列的天線版本。
在運行中,模塊提供-93 dBm接收器靈敏度和10 dBm輸出功率,在超低功耗掃描模式下僅需135μA。 PAN1327/1317模塊基于TI CC2567 RF IC(開發套件),可與TI的超低功耗MSP430 MCU輕松集成(圖4)。
圖4:松下PAN1327模塊結合了無線處理器,晶體,濾波器,天線和相關組件,提供了一個簡單的ANT/ANT +解決方案,需要簡單的接口與主機MCU。 (由Panasonic提供。)
工程師還可以基于TI CC2571 RF IC構建自己的ANT/ANT +設計。 CC2571支持8個ANT通道,旨在通過UART或SPI接口與TI MSP430系列等主機MCU輕松集成。由于ANT協議的較低層內置于IC中(請參見圖1),因此主機MCU內存要求極低。
CC2571具有-86 dBm的接收靈敏度,可實現向單端50Ω負載提供4 dBm的最大輸出功率。該器件支持多種串行接口模式,包括異步,字節同步和位同步,可通過外部配置引腳選擇。
結論
ANT/ANT +協議在許多無線應用中具有靈活性和低功耗的優勢??捎玫哪K和IC實現了構建高效設計所需的經認證的ANT堆棧。使用這些模塊和IC,工程師可以更輕松地構建高度靈活,低功耗的無線解決方案,能夠利用ANT/ANT +協議的優勢,實現無線傳感器等低數據速率應用。
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