Разработка микропроцессорного устройства регистрации параметров энергопотребления датчиков БСС
Введение
Беспроводные сенсорные сети (БСС) получили большое развитие в последнее время. Такие сети, состоящие из множества миниатюрных узлов, оснащенных маломощным приемо-передатчиком, микропроцессором и сенсором, могут связать воедино глобальные компьютерные сети и физический мир. Концепция беспроводных сенсорных сетей привлекает внимание многих ученых, исследовательских институтов и коммерческих организаций, что обеспечило большой поток научных работ по данной тематике. Большой интерес к изучению таких систем обусловлен широкими возможностями применения сенсорных сетей [1, 2].
Область покрытия такой сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счёт способности?ретрансляции?сообщений от одного узла сети к другому. Изначально сенсорные сети использовались для военных целей, но позднее стали применяться и в гражданской среде.
Содержание
ВведениеHYPER13 PAGEREF _Toc484361934 \h HYPER146
1. Аналитический раздел8
1.1. Требования к диапазонам и производительность измерений, частоте дискретизации и максимальному объему записываемой информации8
1.2. Основные требования к разрабатываемому микропроцессорному устройству12
1.3. Другие решения проблемы13
1.4. Выбор карты памяти15
1.4.1. Классификация полупроводниковых карт памяти15
1.4.2. Карты памяти SD21
1.5. Требования к основным параметрам карты памяти25
2. Специальный раздел28
2.1. Структурная схема устройства28
2.2. Элементная база разрабатываемого устройства29
2.2.1. Мониторы потребляемого тока29
2.2.2. Измерение тока в отрицательном полюсе нагрузки30
2.2.3. Измерение тока в положительном полюсе нагрузки31
2.2.4. Интегральные мониторы тока33
2.2.5. Мониторы тока с ШИМ-выходом37
2.2.6. Монитор тока MAX437238
2.2.7. Микроконтроллер38
2.3. Разработка принципиальной схемы45
2.3.1. Схема включения микроконтроллера45
2.3.2. Подключение монитора тока46
2.3.3. Подключение карты памяти49
2.3.4. Стабилизаторы напряжения и батарея50
2.4. Технология настройки и испытания устройства52
2.5. Разработка программного обеспечения57
2.5.1. Структура встроенного программного обеспечения57
2.5.2. Поддержка карты памяти58
2.5.3. Функции библиотеки FatFS59
2.5.4. Поддержка USB63
2.5.5. Управление АЦП65
3. Безопасность жизнедеятельности70
Заключение81
Библиографический список использованных источников82
Список использованных источников
Григорьев, В. А. Сети и системы радиодоступа [Текст] / В. А. Григорьев, О. И. Лагутенко, Ю. А. Распаев [Электронный ресурс]. – URL: https://booksee.org/book/561650 (дата обращения: 17.11.2021).
Коваленко, И. Г. Методы увеличения продолжительности функционирования беспроводных сенсорных сетей с избыточным количеством узлов [Электронный ресурс]. – URL: http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?I21DBN=LINK&P21DBN=UJRN&Z21ID=&S21REF=10&S21CNR=20&S21STN=1&S21FMT=ASP_meta&C21COM=S&2_S21P03=FILA=&2_S21STR=vduikt_2014_1_9 (дата обращения: 18.11.2021).
Anastasia, G. Conservation in Wireless Sensor Networks: a Survey [Текст] / Giuseppe Anastasi, Marco Conti, Mario Di Francesco, Andrea Passarella // Ad Hoc Networks [Электронный ресурс]. – URL: https://www.researchgate.net/profile/Giuseppe-Anastasi/publication/222652984_Energy_Conservation_in_Wireless_Sensor_Networks_A_Survey/links/5cc416e3a6fdcc1d49b2409e/Energy-Conservation-in-Wireless-Sensor-Networks-A-Survey.pdf (дата обращения: 20.11.2021).
Будилов В. Н., Суслопарова М. Э. Прием информации от беспроводных датчиков с помощью видеокамеры [Текст] / Материалы международной научной конференции ?Информационные технологии и системы 2014 (ИТС 2014)?, Минск: Изд-во Минск, БГУИР, 2014. С. 32-33.
Будилов В. Н., Суслопарова М. Э. О пределах сокращения энергопотребления беспроводных датчиков [Текст] / Сборник статей I международной заочной научно-технической конференции ?Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT-2014)?, Т.1. – Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2014. С. 87-90.
Будилов В. Н., Суслопарова М. Э. Ввод невизуальной информации с помощью видеокамеры [Текст] / Сборник статей VIII Международной научно-практической конференции ?Наука промышленности и сервису?. – Тольятти: Изд-во ПВГУС, 2013. № 8-2. С. 102-107.
Недостатки:
нагрузка не имеет непосредственной связи с ?землей?;
отсутствует возможность коммутации нагрузки ключом в отрицательном полюсе;
возможность выхода из строя измерительной схемы при коротком замыкании в нагрузке.
Измерение тока в отрицательном полюсе нагрузки не представляет сложности. Для этой цели подходит множество операционных усилителей, предназначенных для работы с однополярным питанием с входным синфазным напряжением, включающим потенциал общей шины, а также многие из инструментальных усилителей. По этой причине специализированные микросхемы Low-Side Sense Monitor (Amplifier) практически отсутствуют. Схемы измерения тока с применением операционного и инструментального усилителей приведены на рис. 2.2 и 2.3 соответственно.
Рис. 2.2. Схема измерения тока в отрицательном полюсе с операционным усилителем