煙葉烤房監(jiān)測儀中的低功耗設計
摘要:隨著電子業(yè)的迅速發(fā)展和便攜式設備的廣泛應用,低功耗設計已成為嵌入式設計的主流思想。結合煙葉烤房監(jiān)測儀,從設計的三個階段——元器件選擇、電路設計、軟件設計來討論低功耗設計中的實用策略,并列出實驗數(shù)據(jù),分析各個策略的優(yōu)化程度。關鍵詞:低功耗設計 煙葉烤房監(jiān)測儀 元器件選擇 電路設計 軟件設計
近年來,隨著我國煙葉生產(chǎn)水平的不斷提高,煙葉烘烤調(diào)調(diào)制過程受到了越來越多的重視,成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的關鍵步驟;而傳統(tǒng)的人工長期監(jiān)守、利用干濕球采集數(shù)據(jù)的方式已產(chǎn)生越來越多的弊端,與現(xiàn)場化的烤房設施不相適應。采用電子設備對烤房溫濕度進行監(jiān)測,減少人工干預,已成為烤煙技術發(fā)展的一個必然趨勢?痉繉嵤潜O(jiān)測儀可以很好地解決烤煙的耗人力問題,能夠依據(jù)烤煙所需溫濕度曲線對烤房溫度和濕度進行實時監(jiān)測,在非正常情況時自動語音報警,并具備較高的數(shù)據(jù)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于應用環(huán)境的要求,該儀器定位于便攜式產(chǎn)品,因而是否具備功耗低、壽命長的特性,便成為產(chǎn)品能否推廣的首要指標。
在這個監(jiān)測儀的研發(fā)過程中,低功耗設計計貫穿始終。本文主要從嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的三個階段——元器件選擇、電路設、軟件設計來闡述所用到的低功耗設計策略。
1 元器件的選擇
元器件的選擇在產(chǎn)品的研發(fā)之初就要考慮。它是整個產(chǎn)品實現(xiàn)低功耗的前提和基礎,同時它又具有與產(chǎn)品功能、性能需求直接相關,特殊性針對性強的特點。
首先擬定監(jiān)測儀的系統(tǒng)方案。監(jiān)測儀主要由微控制器、顯示、語音報警、實時時鐘、外掛存儲器、串口、溫濕度數(shù)據(jù)采集電路以及鍵盤、電源幾部分組成,如圖1所示。
在了解大量同類芯片性能的基礎上,開始對各個部分的器件進行選型。
首先是選擇作為核心控制部件的微控制器,這是決定系統(tǒng)性能的關鍵器件。選用微控制器主要有以下五個原則:①選擇CMOS器件。由于TTL器件要比相對應的CMOS器件功耗高很多,因此這是降低系統(tǒng)功耗的最直接辦法。②可以低頻、低壓運行。CMOS電路的功耗特性為:
P=PD+PA
其中:P為總功耗;
PD為靜態(tài)功耗,PD=VDD×IDD;
PA為動態(tài)功耗,PA=VDD×ITC+V2DD×RfCL。
可見CMOS電路功耗主要為動態(tài)功耗,而動態(tài)功耗又正比于工作頻率和工作電壓的平方,因此在滿足系統(tǒng)性能要求的前提下,要盡量降低工作頻率和電壓。③有可切換的幾種工作模式,F(xiàn)有的很多單片機為了降低功耗,都設置有多個工作模式,如休眠、運
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