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利用MAXQ3210進(jìn)行環(huán)境監(jiān)視

發(fā)布時(shí)間:2023-07-06 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】在MAXQ系列以及其他嵌入式微控制器中,MAXQ3210獨(dú)具特色。它把基于EEPROM的代碼和 數(shù)據(jù)存儲、壓電喇叭驅(qū)動(dòng)器、9V穩(wěn)壓器集成在低引腳數(shù)封裝內(nèi)。高性能的16位RISC核使其運(yùn)行 速度快,并且省電。由于是基于MAXQ10核, MAXQ3210不同于其他的MAXQ微控制器,它采 用的是8位累加器,而不是16位累加器。MAXQ3210非常適合于需要較少I/O引腳和一些智能控 制的許多應(yīng)用。本文討論它在環(huán)境監(jiān)視中的應(yīng)用。


在MAXQ系列以及其他嵌入式微控制器中,MAXQ3210獨(dú)具特色。它把基于EEPROM的代碼和 數(shù)據(jù)存儲、壓電喇叭驅(qū)動(dòng)器、9V穩(wěn)壓器集成在低引腳數(shù)封裝內(nèi)。高性能的16位RISC核使其運(yùn)行 速度快,并且省電。由于是基于MAXQ10核,  MAXQ3210不同于其他的MAXQ微控制器,它采  用的是8位累加器,而不是16位累加器。MAXQ3210非常適合于需要較少I/O引腳和一些智能控  制的許多應(yīng)用。本文討論它在環(huán)境監(jiān)視中的應(yīng)用。

MAXQ3210的特性及其監(jiān)視功能

MAXQ3210包含2kB EEPROM程序存儲器、 128字節(jié)EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、 64字節(jié)RAM存儲 器。其內(nèi)置的9V穩(wěn)壓器簡化了電池供電電路。它也為其他電路元件輸出5V電源。在調(diào)試方面, 它用內(nèi)置的JTAG調(diào)試引擎取代了昂貴的外部仿真器。

MAXQ3210集成了用于環(huán)境監(jiān)視的外圍部件。當(dāng)環(huán)境條件不安全和發(fā)生變化時(shí),它能夠通過壓電喇叭驅(qū)動(dòng)器和大電流LED驅(qū)動(dòng)器等外圍部件進(jìn)行告警。這些外圍部件在簡單的保安系統(tǒng)、煙霧警報(bào)器、溫度監(jiān)視器和運(yùn)動(dòng)檢測器等應(yīng)用中很實(shí)用。

此外,MAXQ3210為環(huán)境監(jiān)視電路提供了多種接口選項(xiàng)。其內(nèi)部的電壓比較器可以監(jiān)視外部電 路輸出的隨外部環(huán)境變化的電壓值。其外部電路可以很簡單,比如測量溫度的熱敏電阻;也可以較復(fù)雜,比如測量電容充電時(shí)間的斜率式模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

除了電壓比較器外,MAXQ3210也可以通過數(shù)字I/O口監(jiān)視外部電路。例如,當(dāng)環(huán)境條件超出范 圍時(shí),外部監(jiān)視電路可以通過中斷引腳向MAXQ3210發(fā)送中斷請求信號。MAXQ3210也可以使 用串行通信協(xié)議,通過數(shù)字I/O口與測量距離和照明情況的外部IC電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)視系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

通常,為MAXQ3210編寫的應(yīng)用程序都很簡短,足以用MAXQ匯編語言編寫。下面列舉的應(yīng)用 程序用MAX-IDE工具包編寫。  MAX-IDE是一個(gè)由Dallas Semiconductor免費(fèi)提供的開發(fā)環(huán)境, 為MAXQ系列微控制器提供了一個(gè)匯編和調(diào)試環(huán)境。圖1示出了一個(gè)環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用的基本架構(gòu)。


利用MAXQ3210進(jìn)行環(huán)境監(jiān)視
圖1. MAXQ3210的環(huán)境監(jiān)視主程序循環(huán)在大部分時(shí)間內(nèi)處于休眠狀態(tài),定期喚醒后去讀取并分 析傳感器輸出。


啟動(dòng)后,微控制器首先要經(jīng)過一個(gè)初始化過程,將相關(guān)寄存器和配置位按照應(yīng)用要求進(jìn)行設(shè)置。如果微控制器初次加電,可能還需要一些額外的操作,例如制造商設(shè)定的一些測試和配置。經(jīng)過初始化和加電檢測后,應(yīng)用程序進(jìn)入主循環(huán)體,開始測量和響應(yīng)外部環(huán)境的變化。首 先,應(yīng)用程序通過電壓比較器或數(shù)字I/O口讀取環(huán)境信息,并分析環(huán)境條件是否超出范圍。接下來,進(jìn)行系統(tǒng)診斷,如檢測外部電路、測量電池電壓、核實(shí)存儲在數(shù)據(jù)EEPROM中的永久性故 障信息等等。隨后,應(yīng)用程序檢查狀態(tài)信息,其中包括告警(如低電池)和提示信息(如溫度過高)。如果環(huán)境情況要求執(zhí)行一些動(dòng)作,有以下一些選項(xiàng)我們將在下面討論:驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲,使 LED閃爍,通過I/O引腳和其他設(shè)備通信,或者簡單地把告警信息存入數(shù)據(jù)EEPROM以便后續(xù)分析。

簡單的監(jiān)視應(yīng)用軟件

可以下載為開發(fā)環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)而編寫的簡單應(yīng)用程序。該程序是在MAXQ3210評估工具上編寫 和測試的。一個(gè)按鈕被用來切換告警和正常狀態(tài)。喇叭發(fā)聲表示告警。

該環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用的主循環(huán)體在下面幾段中給出。用于環(huán)境監(jiān)視的狀態(tài)機(jī)非常簡單:獲取傳感器  輸出并分析它是否超出了某種門限(溫度太高,空氣中煙霧濃度太大等)。如果超出邊界,則發(fā)出 告警。


利用MAXQ3210進(jìn)行環(huán)境監(jiān)視


其中的SelfTest為系統(tǒng)診斷子程序。系統(tǒng)診斷子程序用于監(jiān)視電池電壓和外部電路的異常情況。 在SelfTest中也很適合實(shí)現(xiàn)一個(gè)計(jì)時(shí)器,用它來跟蹤MAXQ3210投入運(yùn)行的時(shí)間,從而計(jì)算外部 傳感器系統(tǒng)的工作壽命。

該應(yīng)用程序說明了MAXQ微控制器外圍部件的易操作性,以及如何節(jié)省代碼的存儲空間和執(zhí)行周期。例如,僅需用一個(gè)單比特來開關(guān)喇叭。


利用MAXQ3210進(jìn)行環(huán)境監(jiān)視


電源管理

功耗是環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用中最為重要的一個(gè)因素,因?yàn)樗ǔJ怯呻姵毓╇姷摹?nbsp; MAXQ3210提供低 功耗停止模式和電池欠壓監(jiān)視器。

定期檢測外部環(huán)境條件時(shí),應(yīng)用程序可以用兩種方式喚醒處于低功耗停止模式的MAXQ3210, 使其執(zhí)行代碼。這兩種方式分別是外部中斷或定時(shí)器喚醒。在等待外部電路觸發(fā)條件的應(yīng)用   中,外部中斷方式比較合適。比如,在等待開門或熱敏電阻上的壓降超出門限時(shí),就應(yīng)該采用 外部中斷。

喚醒定時(shí)器是另外一種使MAXQ3210脫離停止模式的方式。喚醒功能在前面的應(yīng)用案例中已有 討論:外部監(jiān)視電路喚醒MAXQ3210,使其檢測外部環(huán)境條件,必要時(shí)進(jìn)行響應(yīng),然后再返回到停止模式。圖2示出了這種工作方式的電流消耗模式。從中可以看出,在大部分時(shí)間內(nèi),MAXQ3210微控制器處于低功耗休眠模式。當(dāng)MAXQ3210從休眠模式醒來后電流消耗增大。此 時(shí)正是高性能MAXQ核的用武之處。  MAXQ3210能夠更快地完成任務(wù),在高功耗狀態(tài)下停留的 時(shí)間更短,而更多的時(shí)間處于低功耗休眠模式。


利用MAXQ3210進(jìn)行環(huán)境監(jiān)視

圖2. 監(jiān)視應(yīng)用程序在大部分時(shí)間內(nèi)休眠以節(jié)省功耗,它定期醒來并快速運(yùn)行。

由于電池是大多數(shù)監(jiān)視應(yīng)用中的關(guān)鍵部件,檢測電池是否快用完很重要。  MAXQ3210通過檢測 一個(gè)寄存器狀態(tài)位來判斷電池電壓是否低于門限。這個(gè)門限被固定于7.7V,這正是9V電池瀕臨 耗盡時(shí)的電壓。在這個(gè)電平下,電池還有一定的電量,可保障MAXQ3210繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間。 低功耗應(yīng)用系統(tǒng),比如煙霧警報(bào)系統(tǒng),可以在電池電壓低于門限后工作幾天或幾周,并不斷發(fā) 出低電壓告警信號。

數(shù)據(jù)EEPROM

MAXQ3210的128字節(jié)數(shù)據(jù)EEPROM極大地方便了應(yīng)用程序,可使應(yīng)用程序存儲永久性的配置和狀態(tài)數(shù)據(jù),即使在電源失效或去掉電池后也可保持這些數(shù)據(jù)。永久性數(shù)據(jù)存儲可用于以下這些目的。

1. 改進(jìn)性能。稍微不能滿足性能指標(biāo)要求的系統(tǒng)(比如,測距儀測量的距離稍微偏短)可以存儲 永久性配置信息,以使軟件能夠補(bǔ)償外部電路的偏差。這種措施可以使已被棄用的設(shè)備被  重新利用或出售。

2. 動(dòng)作配置及用戶化。  MAXQ3210應(yīng)用系統(tǒng)可以按照特定環(huán)境或用戶的要求定制。比如,環(huán) 境監(jiān)視系統(tǒng)可以被配置為大型網(wǎng)絡(luò)的一部分,當(dāng)測量值超過門限時(shí),該系統(tǒng)不但自己鳴喇叭告警,而且還可向其他設(shè)備發(fā)出警報(bào)。通過配置,生產(chǎn)廠家可以使能或禁止這種網(wǎng)絡(luò)功 能。

3.工作期限。用于環(huán)境監(jiān)視的傳感器和測量電路可能會隨著使用期限而劣化。通過修改 EEPROM中的數(shù)據(jù),應(yīng)用程序可以確定電路必須被替換的時(shí)間。比如,在使用5年后,監(jiān) 視系統(tǒng)可以自動(dòng)禁止自己工作,并通過鳴喇叭或點(diǎn)亮LED提示自己不能再工作。

環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用

火災(zāi)和煤氣警報(bào)器等住宅安全系統(tǒng)是典型的環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用。  MAXQ3210完全可以實(shí)現(xiàn)這些功   能,但是它比煙霧警報(bào)專用微控制器更通用。利用本文前面介紹的環(huán)境監(jiān)視程序架構(gòu),可以開發(fā)出各種應(yīng)用系統(tǒng)。在下面列舉的安全應(yīng)用中,有些應(yīng)用是為了防止或減少公司或家庭的損   失,其余的應(yīng)用是為了方便用戶。

為了防止家庭或辦公室遭受水災(zāi),可以為地下室安裝水位監(jiān)視系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以利用濕度傳感 器或類似于衛(wèi)生間沖洗水箱的裝置來檢測水位。當(dāng)水溢出或超過一定水位時(shí),傳感器或浮漂觸 發(fā)外部中斷,  MAXQ3210鳴喇叭,發(fā)出警報(bào)。此外,  MAXQ3210可以和公司或家庭網(wǎng)絡(luò)通信, 把警報(bào)發(fā)給公司或家庭成員。

溫度監(jiān)視是另一種可能的應(yīng)用。超市冰柜或運(yùn)輸車?yán)鋬鲕噹麅?nèi)的溫度不能過高。為此,可以用簡單的熱敏電阻和MAXQ3210構(gòu)成監(jiān)視系統(tǒng)。當(dāng)冷卻器內(nèi)的食物溫度超過安全界線時(shí),系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。這種監(jiān)視系統(tǒng)有許許多多的用途,比如,用于監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、保藏藝術(shù)品、飲料以及其他易腐爛物品的溫度。

監(jiān)視應(yīng)用的目的也可能是為了方便用戶。當(dāng)寵物、小孩或入侵者進(jìn)入家庭的禁區(qū)時(shí),由MAXQ3210構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)檢測器可以向主人發(fā)出警報(bào)。當(dāng)然,該檢測器應(yīng)該可以通過按鈕來開 關(guān)。

MAXQ3210也很適合實(shí)現(xiàn)一個(gè)輔助泊車裝置。它可以根據(jù)距離探測電路測量的距離使喇叭發(fā)出不同的警報(bào)聲音。這種系統(tǒng)需要一些配置和智能處理。在車庫內(nèi)停車時(shí),系統(tǒng)能夠幫助車主防止碰撞墻壁,但用戶并不希望他們從探測電路前面走過時(shí)系統(tǒng)鳴喇叭警告。為此,可用軟件實(shí)現(xiàn)延遲,當(dāng)系統(tǒng)初次探測到移動(dòng)時(shí),軟件可以讓系統(tǒng)等待兩秒鐘看是否有進(jìn)一步的移動(dòng)。若無,這可能是有人在傳感器前面走動(dòng)。也可以通過按鈕來開關(guān)系統(tǒng);這樣可以避免用戶在車庫 內(nèi)工作時(shí)系統(tǒng)不斷地發(fā)出警告。

評估工具

MAXQ3210評估工具(EV kit)是開發(fā)原型應(yīng)用系統(tǒng)的理想平臺。它使用9V電源或電池,用兩個(gè)按 鈕分別來復(fù)位和產(chǎn)生中斷信號,用一個(gè)10針JTAG接頭訪問硬件調(diào)試程序,可以顯示和調(diào)整       MAXQ3210的寄存器、存儲器和堆棧。  I/O引腳由一個(gè)便利的2x 20針接頭引出,靠近原型區(qū)以 便于測試外部電路。

板上壓電喇叭和LED可被用作應(yīng)用中的測試信號和發(fā)生設(shè)備。默認(rèn)狀態(tài)下,壓電喇叭輸出經(jīng)過阻尼的聲音—響亮,但不刺耳。也可通過跳線來短路阻尼電路,使喇叭發(fā)出最強(qiáng)的85dB音量。

MAXQ3210評估工具可以配合MAX-IDE使用。它支持MAXQ3210的硬件調(diào)試引擎,可進(jìn)行源代 碼級的調(diào)試和監(jiān)視內(nèi)存。


利用MAXQ3210進(jìn)行環(huán)境監(jiān)視
圖3. MAXQ3210評估工具配備有壓電喇叭、 LED和9V電池座,支持完整的應(yīng)用開發(fā)。


MAX03210的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)

如上所述,  MAXQ3210在環(huán)境監(jiān)視應(yīng)用中有諸多優(yōu)點(diǎn)。其中的主要優(yōu)點(diǎn)之一是高集成度。監(jiān)視 應(yīng)用所需的元件基本上都被集成到了芯片上(包括電壓比較器、喇叭和LED驅(qū)動(dòng)器等),因此省去 了不少外部元件。高集成度降低了系統(tǒng)的費(fèi)用,提高了系統(tǒng)的可靠性,減少了需要測試的元件  數(shù)量。而且,單片化的方案所需的連線更少,縮短了電路板的測試時(shí)間。單片方案也意味著印  刷板更小、成本更低。

MAXQ3210的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是高性能,低功耗。單周期MAXQ核和大量的寄存器空間允許應(yīng)用程 序更高效地保存數(shù)據(jù)并更迅速地執(zhí)行任務(wù)。  MAXQ3210在更多的時(shí)間內(nèi)處于低功耗休眠模式, 而執(zhí)行代碼的時(shí)間更少。

最后,MAXQ3210的電池監(jiān)視功能和數(shù)據(jù)EEPROM便于實(shí)現(xiàn)靈巧、自我監(jiān)視的應(yīng)用。電池快耗 盡時(shí)器件可警告用戶。此外,系統(tǒng)還可跟蹤其元件的壽命,實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的設(shè)備更新。

結(jié)論

MAXQ3210是一款MAXQ微控制器的低引腳數(shù)實(shí)現(xiàn),用于不需要高檔微控制器提供的外設(shè)的應(yīng)用。雖然MAXQ3210是環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)的理想方案,但它也是一個(gè)通用的、高性能、節(jié)能型微控制器,能夠?yàn)樵S多應(yīng)用提供智能和互動(dòng)能力。

下載本文: 利用MAXQ3210進(jìn)行環(huán)境監(jiān)視

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