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                Mesh網絡 檢測 輻照度計

                精準、低功耗尤其是那對堅tǐng的遠程檢測理念

                2019-07-12
                95次瀏覽

                ADI公司

                這裏展示的遠程檢測實例具有高可靠性、易連通性和超低功耗▲的特性。這些電路主要面向需要穩定通信和最低限度的電池維護的工業環境。本解決方案結合了近年來低功耗、高精度放大方面的研究進展,兼具同等的低功耗、高★可靠性無線Mesh網絡功能。支持實現這些∏解決方案的是零漂移、低輸入偏置放大器LTC2063和LTP5901-IPM,前者最高以2μA電流運行,後Ψ 者在睡眠模式下消耗電流不到1.5μA。這些器件◤的功耗足夠低,可以采用一塊由銅和鋅電極(每個四平方英寸),以及由檸檬內部物質形成〓的電解質↓組合而成的電池兩個人供電。


                無線Mesh網絡

                工業環境中通過無線網絡實施和檢索的測量很ξ 少需要高速度,但它們通常需要高可靠性和安全性①,此外還⊙需要低功耗運行,以最大限度地延長電池的運行時間。LTP5901-IPM在802.15.4e無線網絡中形成一個節【點或者一個SmartMesh? IP Mote。LTP5901-IPM集成了一個10位、0V至1.8V ADC,以及一個內置〒ARM? Cortex?-M3 32位微處理器,可以通過↑簡單編程實施檢測。采用這個終端是為了實現安@ 全性、可靠性、低功耗、靈活性〖以及可編程性。


                四種檢測應用

                總的來說,以下這些電路設計並不需要高深的火箭知識。但是,它們整潔、高效,是針對特定應用定制∩的。這些設計不需要多復∑ 雜,事實上,復雜的設計只會增加成我在向著這個方向努力著本和可靠性風險。

                每個電路的輸入中↘都包含一個傳感器,通過處理傳感器輸出來產生輸⊙出電壓。使用LTP5901-IPM 10位ADC作為輸入,每個電路知道自己這是上了賊船都試圖映射輸入,覆蓋0V至1.8V之間的大部分範圍。


                基本的電池①電壓檢測

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                圖1.簡單的電池ㄨ電壓檢測

                圖1展示了一種典型的同相整體增益負反饋運算放大器配置,可以♀檢測分壓。LTP5901輸入的ADC範圍為0V至1.8V。R1和R2以最小的靜態電流降低電池電壓,以延※長電池壽命。LTC2063的輸入偏置電流非常低,即使這些高電阻值也不會影響最終的10位ADC的精度。LTC2063消耗最小的電源電流,提供隨時間和溫度變化而呈【現的零漂移優勢。


                電流檢測

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                圖2.電流檢測關鍵之物電路

                電池供電和隔離電子設備的出色之處在於:它可以在任何位置設¤置接地。在最方便的電路拓撲結構中,我們可以在不喪失通用性的情況下檢測電流,同時︼將終端放置在與本地接地相關的任何■位置。對於單極電流,例如4mA至20mA的工業環路,人們ω可以使用傳統的低側拓撲結構來安全檢測與本地接地相關的電流。圖2展示的是電流流過一個非常小一般說來的電阻R2,由此產生檢測電壓。因□ 為放大器的零漂移、極低的失調電壓性能等原因,這個輸入電壓可能非常小。電路所示經由501mΩ檢測電阻產生的輸入的增益增高101V/V。在20mA時,VOUT是1.012V。可以選擇其他值來最大程度地使用ADC的1.8V範圍。

                電阻R4相對較低,是LTC2063輸入電容的低阻抗分流器。因此,較大的R1反饋或者電阻與輸入電容之間的相互作用不會起到穩定作用。

                構建的電『路經過優化之後,用於測試0mA至35mA電流、0V至1.8V ADC的映射範圍。


                輻照度計

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                圖3.利用太陽能電池進行短路輻照度測量

                圖2所示的電路也可以用來測量太陽能電池的█短路電流。在短路電流模到後來式下,矽和其他太陽能電池的電流與輻照度呈高度線性關▼系。短路電流是0V太陽能電池的電流。圖3中的電路並沒有保證太陽能電池在最大電流時準確達←到0V;但是,即使在全日光下為20mA,電壓也◣僅為10mV。太陽能電池上的10mV電平在其I-V曲線上實際就是短路。

                我們可以以互阻放大器(TIA)作為替代。TIA可以強制╳讓太陽能電池達到0V,並測量電流酒店。這種電路存在的問題在於,在整個輻照度範圍內,都是由運算放大器為太陽能電池提供電流。如果對於遠程檢測電路,最重要的是最小化◤功耗,那麽由運算放大器為電池★提供20mA是不可行的。

                考慮到需『要保持近0V,應使用一個小型檢測▽電阻。對位置遙遠、由電池供電的小〗電壓實施檢測再次表明,需要采用高精度、低功憤怒地道耗的功率放大器,例如LTC2063。

                太陽能裝置所需的就是這類物理布局,即需△要實施零溫度漂移測量的無線Mesh網絡。幸運的是,在短路條件下,矽光電二極管隨著溫度的變化相對穩定。對◎於環境溫度不斷變化的大型安裝場地而言,采用LTC2063和LTP5901-IPM,再加●上矽太陽能電池,所構成的簡單且可靠的設計是非常理想的解決方案。


                采用熱電偶測量@溫度

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                圖4.熱電偶檢測電路

                熱電偶電壓可以是正壓也可以是負壓。圖4所示的電路融合采用微功率基準電壓源和微功率放大器來檢測極小的正負電壓。幸運的是,如果一會嚴肅一會嬉皮熱電偶與被測器件(DUT)電氣隔離,則可以置於任何方便的電壓域中。圖4中的示◥例使用LT6656-1.25,在1.25V時竟然不是害怕偏置熱電偶。電路輸出是基於◤≡1.25V基準電壓源的小熱電偶電壓的高增益版本。對於這↘種配置,0V至1.8V的ADC範圍相當合理。如果不使用零漂移、低失調放大器,則無法實現2000V/V左右的極高●增益。


                結論

                極低功耗、精準的遠程圍過來檢測絕對是可行的。本文的示例顯示,將低功耗、高精度放大器與可編程片上系統無線Mesh節點相結△合是相當簡單的。

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