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无线温度湿度集抄最新解决方案
深圳安美通科技有限公司
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用户在抄集传感器数据中存在许多的问题,比如传感器的安装布线成本高,工程安装量大。随着无线数据通信的迅速发展,通过无线数据通信可以很好的解决这个问题,例如深圳某科技有限公司的无线通信模块,APC300,微功率单向发射模块,模块采用了超低功耗单片机和高性能低功耗发射芯片,内置12bit高精度ADC,可以直接连接主流的各种数字与模拟传感器,如PT1000等热敏电阻,数字温湿度传感器等。用户无需编写无线与传感器部分的软件,也不需要额外的MCU和外围器件。APC300模块提供了多个频道的选择,可在线修改串口速率,收发频率,发射功率,射频速率,发射间隔以及传感器类型等各种参数。
 
应用:
z  高压电力线,开关柜测温
z  农业大棚温湿度采集
z  生鲜,疫苗冷链物流
z  无线轴承,缸体及纺机温度监测
z  混凝土,矿井及隧道测温
z  仓储,图书馆和博物馆温湿度监测
z  室内外温湿度监测
z  无线单向数据传输
 
APC300模块能定时采集传感器数
据并发送,模块可在2.1-3.6V电压范围内工作,在10dBm发射功耗仅仅14mA,休眠功耗低至1.5uA, 合理的设定采集周期,通常一节普通的的锂亚电池(如ER18505)工作寿命可达数年至十几年。
 
特点:
z  700米传输距离(3.125Kbps)
z  2.1-3.6V宽电压工作范围
z  频率425-450,863-870,902-928MHz
z  多频道可设,GFSK的调制方式
z  可设置定时采集时间间隔
z  可直接连接模拟与数字传感器
z  发射电流14mA@10dBm, 待机电流1.5uA
z  数年至十几年电池使用寿命 

APC300模块是单向的多通道嵌入式无线数传模块,能够连接各种传感器,并设置采集间隔周期,也可以设置成普通的单向数传模块,通过UART口接收上位机程序,可设置多个频道,步进为1KHz,发射功率最大10mW,体积22.4mm x15.9mm x 2.4mm,很方便客户嵌入系统之内,APC300模块具有极低的功耗,非常适合于电池供电系统.APC300模块采用的定时采集传感器数据,用户可根据需要设置不同的采样间隔周期,通常间隔周期较长平均电流越小,电池的寿命也越长。 
 
 
APC300工作模式
APC300模块是单向发射模块,所以接收是由APC250S模块完成的。APC300模块可以设置多种工作模式。可以分为二类,一是单向透明传输模式(transparent tranmitting),二而是传感器定时上传模式。传感器定时上传模式可以设置多种模拟和数字的传感器。

1)  单向透明传输方式:
APC300模块在这种方式下就是一个普通的单向数传模块, APC300模块不会主动发数据,也没有ID (地址)的概念。如图二,第五脚是使能脚,当使能脚高电平模块休眠,典型休眠电流约1.5uA。使能脚低电平时模块工作,此时模块处于等待数据输入状态,消耗电流约700uA。当RXD有数据输入时,模块第六脚AUX将在收到第一个字节后置低,发射结束后重新置高,这一脚可以用来监测发射状态。当用户输入数据结束后,可立刻将使能脚置高,不必等到发射结束,模块在发射结束后会检查使能脚状态,如为高则进入休眠状态。
APC300模块从RXD收到数据结束后或收到数据大于60字节开始启动发射,所以当一次输入数据大等于60个字节,APC300将拆成多包发射,每包最大60字节。 
APC300模块内设256bytes大容量缓冲区,在缓冲区为空的状态下,用户可以1 次传输256bytes 的数据,当设置空中波特率大于串口波特率时,可1次传输无限长度的数据,同时APC300 模块提供标准的UART/TTL 接口,支持8种速率,和三种接口校验方式。模块外部接口采用透明数据传输传输方式,能适应标准或非标准的用户协议,所收的数据就是所发的数据。 
  
2)传感器定时上传方式:
传感器定时上传方式下APC300模块将按照设定的无线参数,模块的ID(地址)和Tx Interval(发射间隔)定时发射数据,其中模块的ID分为一个字节GroupID(组地址)和一个字节的SlaveID (从地址),如果APC300模块的GroupID与接收模块APC250S的相同,或者APC250S模块的GroupID为0x00,则APC250S模块能够输出APC300定时上传的数据,并在包得最后加上RSSI(接收场强)。为了防止发射数据
碰撞,Tx Interval定时发射的时间做了±10%的随机处理,例如设定APC300模块1秒发射一次,而实际发射间隔随机在0.9-1.1秒之间,如设定10秒发射一次,而实际发射间隔随机在9-11秒之间。
APC300模块的发射的格式是:
ID(2byte GroupID+SlaveID)+Data(2-4byte)+Bat(1byte)
而在APC250S模块从TXD输出的格式是:
ID(2byte GroupID+SlaveID)+Data(2-4byte)+Bat(1byte)+RSSI(1byte)  
其中Data(数据)是指由APC300模块采集到的模拟传感器或数字传感器的数据。一般有2到4个字节,Bat是一个字节的电池电压数据。PC300模块内置了12位的精度ADC, 在连接模拟传感器时,Data的输出格式是12位的ADC数据2个字节,右对齐,范围是从0x0000 – 0x0fff。在连接数字传感器时如DS18B20或SHT21等数字传感器是, APC300模块会定时读出直接传感器如温度,湿度的数据,不做任何处理,具体的单位换算客户可以参考传感器的规格书。对于数字温度传感器如DS18B20, Data的输出格式就是2个字节的数字温度数据,对于数字温湿度传感器如SHT21, Data的输出格式,是2个字节的数字温度数据加2个字节的数字湿度数据。Bat表示的电池电压数据测量的是发射时电池最低的电压,由一个字节组成,范围是0x00到0xff,具体的换算是:       电池电压(V) = Bat + 200 100Bat表示的电压范围是从2.00V至4.55V。这个值越大接收越可靠,当无线速率50Kbps时RSSI小于0x40或者无线速率6.25Kbps时RSSI小于0x30,场强已比较弱,丢包概率将上升。 
 
 传感器定时上传方式时可以有多种传感器模式选择。
A) 模拟传感器模式
在模拟传感器状态下(analog sensor),APC300模块利用了内置了12位的精度ADC,用户可以将APC300模块的第五脚AD2做为一个模拟输入脚,Vref与MCU的VCC相连,APC300模块将在设定的时间采集模拟量,见图四。APC300模块具体过程是:在设定的时间到来后APC300模块首先将第六脚AUX由高至低,等待1ms后内部ADC采集6次, 再将第六脚AUX至高,最后将采集的数据去掉最低和最高的,取
中间的4次做平均输出。用户可以在VCC与第五脚AD2之间连接一个模拟传感器如PT1000,再在第五脚AD2与第六脚AUX之间连接一个精密电阻,电阻的阻值一般等于模拟传感器的常态阻值,如图四,这样ADC测量的是模拟传感器与电阻的分压。需注意的是AUX脚最大有20mA的驱动能力,在连接不同阻值的传感器时AUX脚压降略有不同,但通常AUX脚灌电流在1mA一下,压降可以忽略。 
 
b) DS18B20模式
MAXIM公司的DS18B20,是一个高精度数字温度传感器,工作电压3.0-5.0V温度测量范围是-55°C到+125°C,在-10°C至+85°C误差在±0.5°C以内。DS18B20可以直接连接到APC300模块上,外围不需要任何器件,如图五。APC300模块支持DS18B20的9bit和12bit分辨率的测量,由于DS18B20在测量时有1mA左右的功耗, 而9bit和12bit分辨率的测量时间最大值分别93.75ms和750ms,所以如对功耗有特别要求的可以选择9bit分辨率,这时DS18B20功耗仅仅是12bit分辨率的8分之一。APC300模块将定时测量,并将DS18B20的Byte 0( Temperature LSB)与Byte 1(Temperature MSB)的数据上传。 
c) SHT2x与SHT1x模式
SHT2x与SHT1x是SENSIRION公司的产品,内部集成了一个数字温度与湿度传感器,SHT2x与SHT1x均可以直接连接到APC300模块上。按照规格书的要求在VCC与地之间需要接一颗0.1uF的滤波电容,如图六。与DS18B20模式类似APC300模块支持SHT2x的2种分辨率的测量,对于SHT1x传感器APC300模块支持最高分辨率的测量。APC300模块在设定的时间自动读取传感器,并将传感器温度DATA (MSB), 
DATA (LSB)和湿度DATA (MSB), DATA (LSB)的4个字节数据上传。APC300模块在连接数字传感器时,接口如1-Wire,I2C等在模块内部都会上拉一个约22K的电阻, 当数字温度传感器与APC300模块连接距离不超过30厘米时,是不需要额外的上拉电阻,超过这个距离必须考虑分布电容的影响,推荐按照规格书的要求接1.5-4.7K的上拉电阻,但最长连接距离不要大于2米。此外AUX脚在选择数字传感器时连接到的是数字传感器的GND上, 所以AUX脚将会保持置低的状态,当然用户也可以将数字传感器的GND连接到APC300模块GND上,AUX脚保持悬   
 
APC300模块功耗
  APC300模块功耗主要取决于以下二个方面。
1)发射时间与周期:
APC300模块发射的时间与发射速率和和数据长度有关,发射速率越快,数据长度越短,发射的时间相应也短,平均功耗也越低。
发射的时间可以用下面公式估算,
发射的时间(ms) = ( 数据长度字节数 + 10 ) * 8 发射速率(Kbps)
 
例如在模拟传感器模式下,发射数据格式是:
ID(2byte GroupID+SlaveID)+Data(2byte)+Bat(1byte)共计5个字节,如果速率是50Kbps,那么发射时间为:发射的时间(ms) =
( 5 + 10 ) * 8 50   = 2.4ms
APC300模块晶体启动时间约为1ms,APC300模块在发射时电流约14mA,在晶体启动时间功耗约为7mA,在休眠时约1.5uA,如果发射的周期为1秒钟一次,平均电流约为:    
平均电流(mA) =2.4ms

 2)传感器功耗:
A:在模拟传感器模式下,每次采集时APC300模块仅仅给传感器供电约1ms,在这1ms内消耗的电流与传感器和负载电阻有关,另外这1ms内APC300模块约消耗0.5mA的电流。
B:在DS18B20模式下,APC300模块会提前1秒启动对DS18B20的测量,并进入休眠,在下一秒读取数据并发射。由于在测量时DS18B20消耗约1mA的电流,而APC300模块处于休眠状态,所以模块功耗可以忽略不计。
  C:在SHT2x与SHT1x模式下,APC300模块启动测量并等待测量结束,在等待时APC300模块本身约消耗0.5mA的电流,测量的时间和功耗用户可以参见SHT2x与SHT1x的规格书。
APC250S接收模块
   APC250S模块是高度集成单接收无线数据传输模块,APC250S采用高速单片机和高性能射频芯片,具有极高的灵敏度和较低的功耗。APC250S模块提供了多个频道的选择,可在线修改串口速率,发射功率,射频速率等各种参数。APC250S模块的外形见图七。需注意的是 EN 脚虽然有弱上拉,但在正常工作时不能悬空,必须有明确的电平,否则可能造成模块工作不稳定。APC250S休眠模式是通过用软件方式实现的, 休眠时模块的接口均保持相应的电平,并且能快速切换接收状态,从休眠至唤醒仅仅需要20uS,这意味模块在休眠状态时,需注意的是模块在接收过程中,即使设置模块休眠状态,模块也要将接收过程执行完毕再进入休眠模式,其中在接收数据过程中AUX脚将被置低。 
参数设置通过本公司提供的设置软件RF-SENSOR  利用PC  串口可以对APC300 和APC250S模块进行设置。 APC300  和APC250S模块具有丰富便捷的软件编程设置选项,包括频点,空中速率,以及串口速率,校验方式,传感器类型等都可设置。如果大家有什么见解,可以加QQ:571638331一起讨论


 

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