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低功耗32位MCU在無線聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)中的應(yīng)用

來源:世強 作者:世強2017年02月23日 17:19
[導(dǎo)讀] 在無線報警系統(tǒng)設(shè)計中,要保證其電池的使用壽命、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩旖菀约爱a(chǎn)品本身的小型化和低成本,因此對系統(tǒng)主控單元器件的選擇既要滿足低功耗、小體積、低成本又需要該器件能對數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M行加密處理。本文著重推薦了Silicon Labs基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列,超低功耗、高性能、高集成度等優(yōu)勢使得其完全可以勝任無線報警系統(tǒng)的諸多設(shè)計挑戰(zhàn)。

在無線報警系統(tǒng)設(shè)計中,要保證其電池的使用壽命、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩旖菀约爱a(chǎn)品本身的小型化和低成本,因此對系統(tǒng)主控單元器件的選擇既要滿足低功耗、小體積、低成本又需要該器件能對數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M行加密處理。本文著重推薦了Silicon Labs基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列,超低功耗、高性能、高集成度等優(yōu)勢使得其完全可以勝任無線報警系統(tǒng)的諸多設(shè)計挑戰(zhàn)。

在生產(chǎn)、生活中,有著多種安全防護需求,而隨著無線技術(shù)的發(fā)展與進步,無線聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)以其數(shù)據(jù)傳輸?shù)南冗M性、安裝操作的便捷性,得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1:安防無線報警系統(tǒng)構(gòu)成框圖。


該系統(tǒng)是由無線報警主機和各類節(jié)點設(shè)備組成。在運行中,節(jié)點設(shè)備會將狀態(tài)信息和報警信息通過無線通信方式上傳給無線報警主機,無線報警主機再根據(jù)信息內(nèi)容進行后續(xù)處理,如存儲、遠程傳輸、驅(qū)動報警外設(shè)、等等。

在該系統(tǒng)設(shè)計中,一般會遇到如下幾個挑戰(zhàn)。首先,節(jié)點設(shè)備一般采用電池供電,那么,既要控制電池成本、又要盡量獲得更長電池使用壽命,就會成為一個讓工程師感到棘手的問題。其次,報警系統(tǒng)采用無線通信方式,作為報警系統(tǒng),數(shù)據(jù)傳輸既要安全又要快捷,這就要求在數(shù)據(jù)傳輸中,不僅要對通訊數(shù)據(jù)進行加密處理,還不能因此而降低速度。最后,無論是節(jié)點設(shè)備、還是主控設(shè)備,其產(chǎn)品本身一般都要求小體積、低成本,那么,就要求所用的主控芯片既要集成功能多,還要芯片體積小、成本低。


圖2:節(jié)點類設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

世界知名的精密混合信號芯片方案提供商Silicon Labs致力于打造強大的IOT整套芯片方案。其中,新近推出的基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列,以其超低功耗、高性能、高集成度等優(yōu)勢,完全可以勝任上述挑戰(zhàn)!圖3是EFM32JG系列MCU內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及其亮點。

EFM32JG系列MCU擁有EM0~EM4多種工作模式。在各模式上,有著優(yōu)秀的指標,如深度休眠模式,2.5 μA@EM2 (RTCC running with state and RAM retenTIon),功耗極低;全速運行模式,僅63 μA/MHz @EM0,功率密度優(yōu)秀。在運行中,MCU可根據(jù)節(jié)點設(shè)備或主控設(shè)備的任務(wù)需求,靈活切換能耗模式,比如可采用:工作(EM0)→ 深度休眠(EM2)→喚醒(僅2us)→工作(EM0)→。..。..這種運行方式,以獲取最低平均功耗。 另外,EFM32JG系列MCU,還集成了LEUART(低功耗串口),在EM2模式下與DMA配合,可在無內(nèi)核干預(yù)下運行,也可以通過接收的數(shù)據(jù)喚醒MCU。不僅自身功耗低,還使MCU擁有更好的喚醒方式。因此,在功耗控制上,EFM32JG系列MCU,以其優(yōu)秀的指標、靈活多樣的能耗模式以及各種特色外設(shè),使得節(jié)點設(shè)備的電池使用壽命,能夠得到很好的延長。

在數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩c快捷上,EFM32JG系列MCU,完全集成了3種主流加密算法的硬件加密引擎:

• AES 128/256-bit keys

• ECC B/K163, B/K233, P192, P224, P256

• SHA-1 and SHA-2 (SHA-224 and SHA-256)

因為是硬件的,簡單幾條指令,就可以實現(xiàn)加密或解密,節(jié)省了MCU用幾百條軟件指令去計算的時間,不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕矝]有因此而拉低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省:芎玫仄平饬思用芘c高速共存的瓶頸。

最后,如上述,節(jié)點設(shè)備一般要電池供電,為了獲得穩(wěn)定的電壓以及較高的電源轉(zhuǎn)化效率,一般都要一個DC/DC電源IC。EFM32JG系列MCU集成了一個DC/DC控制器,因此很好地滿足了這種需要。該DC/DC控制性能優(yōu)秀,轉(zhuǎn)化率可達85%,輸出電流高達200MA(低噪模式,且Tamb ≤ 85°C),不僅可以自己用,還可以供其他外設(shè)使用。這不僅減少了硬件BOM成本,更減少了PCB體積。

綜上所述,EFM32JG系列MCU,以其高度的集成性,優(yōu)秀的性能,很好地勝任了在無線聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)設(shè)計中的挑戰(zhàn)!

EFM32JG系列MCU其他典型應(yīng)用:

• 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器

• 健康和健身

• 智能配件

• 家庭自動化和安全

• 工業(yè)和工廠自動化

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