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楼宇自动化极低功耗挑战
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当今的楼宇自动化开发人员面临众多挑战。 楼宇自动化设备公司通常采用一个或多个传感器来监控环境状况和异常事件。 这些器件用于安全(高温、火灾和烟雾探测器)、HVAC(恒温器、环境传感器和故障探测器)和安防(移动探测器和玻璃破裂探测器)方面。 有的器件也相当复杂,比如需要键盘、数字阅读器和机械功能的电子锁。对于许多应用而言,设计楼宇自动化设备的开发人员面临的挑战是:如何在增加节点智能并集成更多功能的同时提高能效。 使用物联网 (IoT) 无线连接来远程控制和管理器件的需求进一步增加了开发人员维持低功耗运行的负担。 最后,开发人员必须大幅削减制造成本,同时不影响耐用性或失效防护机制。

                      楼宇自动化

低功耗是很多楼宇自动化应用的基本设计要求。 例如,占位传感器和移动探测器使用红外线、超声波、声音和图像识别来检测诸如办公室、教室、会议室、休息室、存储区和走廊等空间中的活动(参见图 1)。 这些传感器主要以深度睡眠、超低功耗运行模式运行,它们在检测到活动前无需处于完全工作状态。 一旦检测到事件,这些系统就会唤醒,高效地处理传感器数据,对数据进行操作,并尽快回到睡眠或待机模式。有简单的传感器,也有复杂的传感器。 例如,玻璃破裂探测器在声音超出某个阈值时,会使用根据玻璃破碎警报的一般频率进行调谐的窄带麦克风来触发探测事件(参见图 2)。 或者,更为复杂的设计可能会使用信号转换来比较声音事件与玻璃破碎原型,从而更为准确地检测破裂。同样,采用机械和电子组合技术的设备(比如锁),也需要低功耗运行(参见图 3)。 此类设备需要构建于可支持不同技术(比如,键盘、指纹读取器、RFID 卡和安全令牌)的灵活平台上。楼宇自动化设备往往需要长时间使用电池电源独立运行。 使用低功耗 MCU 可帮助传感器节约能源,从而延长电池寿命(超过 10 年)。 这避免了手动管理终端设备,从而降低了维护成本。低功耗 MSP 微控制器来自 TI 的 MSP MCU 系列低功耗微控制器经过优化,可克服楼宇自动化设计的挑战。 这些 MCU 以高能效为基础,提供丰富的处理能力,包括浮点和安全功能。 MSP MCU 以高达 48 MHz 的频率运行,可在楼宇自动化系统中实现分析和智能的决策功能。 例如,传感器可实施高级数据分析,以提高它们所监控区域的安全性。

楼宇自动化应用需要多种功能,而 MSP MCU 的高度集成架构可让开发人员利用单芯片设计实现完整的系统。 凭借集成的 ADC、运算放大器和比较器以及菲尼克斯信号隔离器,MSP MCU 简化了基于传感器的功能的设计和运行。 脉宽调制 (PWM) 输出可让 MSP MCU 高效控制电机,且 LCD 驱动器可支持高达 320 段的显示屏。 对于尺寸至关重要的应用,MSP MCU 采用小型封装,最低只有 8 引脚和 2 × 2.2 mm2

传统的嵌入式系统同时采用 SRAM 和闪存。 SRAM提供快速访问速度,但会不断耗能,并且在系统关闭或断电时将导致数据丢失。 采用非易失性存储器技术的闪存可保留数据,同时无需耗能。 但是,由
于其访问速度相对较慢,一般只有诸如程序代码和系统配置参数等需要在系统关闭时保留的重要数据才会存储到闪存中。

MSP MCU 架构的重要特性之一是其采用了 铁电随机存取存储器 (FRAM) 技术,亦称为 FeRAM 或F-RAM。 FRAM 兼具 SRAM 的速度与闪存的非易失性,可通过单存储器技术提供灵活性、效率和耐用
性。FRAM 的灵活性首先在于其可作为通用存储器 — 它可用于存储程序代码和数据。 它还可以逐位写入,为程序员提供高效的数据管理解决方案。 FRAM 具有几乎无限的写入寿命(大约 1015 个周期),且
没有老化的迹象,可让开发人员像使用 SRAM 那样使用。FRAM 改变了固件的设计方式。 FRAM 提供卓越的写入速度、读取访问和能效。 凭借基于 FRAM 的MSP MCU 器件,开发人员可灵活地分区,确定为程序代码分配多少存储器空间,为数据存储分配多少存储器空间。 由于此分区是用户定义的,因此可对其进行调整,从而根据应用和开发周期中的规格变化来充分利用存储器。 例如,开发人员可以权衡数据和代码之间的大小来优化程序性能,同时无需指定具有不同存储器配置的新处理器。TI 的 FRAM 技术还提供很多先进的功能。 集成的存储器保护单元 (MPU) 可防止程序代码被意外篡改。开发人员还可以利用IP 封装功能来保护程序代码,防止遭受未经授权的读写访问。 FRAM 还提供更高的写入速度(比闪存快 100 倍)、更低的运行功耗、更高的耐久性和更强的安全性。

 


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