作者 吳紹聰 許路 上海大學(xué)(上海 20072)

　　*2017“羅姆杯”上海大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)

摘要： 以搭載羅姆小無(wú)線(xiàn)的驅(qū)鼠器為基礎(chǔ)，綜述了小無(wú)線(xiàn)設(shè)備在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)介紹了基于ML7345C的超聲波驅(qū)鼠設(shè)備的遙控方案。

1 驅(qū)鼠物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)

　　驅(qū)鼠物聯(lián)網(wǎng)主要由三層組成，上層為監(jiān)控、控制中心;中層為小無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)上下層信息來(lái)往;下層為驅(qū)鼠執(zhí)行裝置，直接負(fù)責(zé)物理驅(qū)鼠。

　　驅(qū)鼠器主要由六個(gè)部分構(gòu)成：控制單元、電源管理、超聲波逆變電路、驅(qū)鼠喇叭和物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通訊模塊。

　　控制單元主要為L(zhǎng)APIS的ML620Q504H單片機(jī)，這款16位的微功耗控制器有著豐富且功能強(qiáng)大的外設(shè)功能，能出色地完成整個(gè)系統(tǒng)的控制任務(wù)。程序主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各部分的模塊工作，一是對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行管理控制，由于其他模塊需要單片機(jī)進(jìn)行控制工作，所以控制單元先行上電，在這里利用MCU控制繼電器，進(jìn)而控制給其他模塊上電，控制單元還設(shè)置有保護(hù)機(jī)制，當(dāng)發(fā)生過(guò)壓或過(guò)流時(shí)，保護(hù)斷電、防止程序跑飛使用MCU的內(nèi)部看門(mén)狗等;二是利用MCU內(nèi)部高性能的PWM發(fā)生器產(chǎn)生互補(bǔ)的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)在中斷中改變PWM模塊內(nèi)部寄存器的值，然后在不同的周期輸出不同占空比的控制波形，通過(guò)后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路控制橋臂，同時(shí)，在這里利用軟件內(nèi)部給互補(bǔ)的PWM波形加上死區(qū)時(shí)間來(lái)保護(hù)，防止出現(xiàn)直通;三是通過(guò)UART與無(wú)線(xiàn)通信模塊進(jìn)行信息交互，設(shè)置好與模塊吻合的通信要求(例如波特率、停止位等)作為接收時(shí)，利用外部中斷響應(yīng)模塊要求，并在串口中斷中把要接收的數(shù)據(jù)逐一保存，明確要求指令后做出及時(shí)處理，將要發(fā)送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至緩沖區(qū)后，進(jìn)行發(fā)送操作，先拉低無(wú)線(xiàn)模塊的喚醒腳，激活無(wú)線(xiàn)模塊，然后將系統(tǒng)采集信息(電壓電流溫度等)通過(guò)小無(wú)線(xiàn)傳至上位機(jī)。原理圖如圖2所示。

　　電源管理模塊提供24 V、5 V雙路獨(dú)立電源，5 V電源為系統(tǒng)控制電路電源，24 V為正弦波逆變器電源。超聲波逆變電路采用單相橋式電路拓?fù)?，如圖3所示。選擇羅姆公司低通態(tài)電阻MOSFET管 RSD200N05 以減小功率器件開(kāi)關(guān)損耗，IR2110為MOSFET專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片。

　　逆變電路選用指定諧波消除法來(lái)生成正弦波^[2]，指定諧波消除法通過(guò)式(1)對(duì)單極性指定諧波消除法輸出波形進(jìn)行傅里葉展開(kāi)，再通過(guò)式(2)中對(duì)單極性模型中輸出波形的直流分量、余弦分量以及正弦偶次分量進(jìn)行化簡(jiǎn)后得出各個(gè)諧波的計(jì)算公式，在此次單極性調(diào)制中，消除3、5、7、9次諧波，即令A(yù)₃、A₅、A₇、A₉等于0，計(jì)算出對(duì)應(yīng)5個(gè)開(kāi)關(guān)角a₁=23.1019、a₃=33.7381、a₅=47.7118、a₇=68.4834、a₉=76.4669，按照開(kāi)關(guān)角來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管，這樣可以將輸出諧波推向11次，再由后級(jí)LC濾除高次諧波，得到良好的正弦波逆變器輸出電壓波形及諧波分布如圖4所示。

　　物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通訊模塊采用羅姆公司GSMD-7345C模塊，ML7345C模塊運(yùn)行功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)，通過(guò)UART串口與控制單元連接，負(fù)責(zé)信息中轉(zhuǎn)。

　　驅(qū)鼠喇叭選用大功率的超聲波喇叭，頻率變化范圍20 kHz～50 kHz，最大輸出功率100 W。

2 ML7345C模塊

　　該驅(qū)鼠器借由ML7345模塊，模塊搭載著ML7345C芯片，加上外圍電路，能夠長(zhǎng)距離進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。模塊采用主流的GFSK調(diào)制，窄帶載波，抗干擾能力強(qiáng)，模塊接口采用串口通信，其工作模式分為兩種：待機(jī)模式和工作模式，待機(jī)模式為低功耗模式，需進(jìn)行喚醒轉(zhuǎn)換到工作模式才能正常與其他模塊進(jìn)行通信，可拉低WK引腳或第一幀數(shù)據(jù)包喚醒，或者模塊作為接收時(shí)自動(dòng)喚醒，一旦模塊內(nèi)部定時(shí)器超時(shí)，模塊自動(dòng)進(jìn)入到低功耗狀態(tài)，以偵聽(tīng)的方式查看是否有數(shù)據(jù)接受。模塊通過(guò)指令設(shè)置模塊參數(shù)，包括4種波特率、25個(gè)信道選擇、發(fā)射功率等，設(shè)置指令需指定格式以及附加CRC16校驗(yàn)碼。圖5為接收喚醒流圖。

3 結(jié)論

　　物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)鼠可以成為農(nóng)區(qū)鼠害的一種有效解決方式，其大功率交變電壓帶動(dòng)超聲波喇叭，能對(duì)鼠類(lèi)造成嚴(yán)重干擾，且十分適用于人煙稀少、地區(qū)開(kāi)闊的農(nóng)區(qū)。 加上低功耗、遠(yuǎn)距離可傳輸?shù)腗L7345C模塊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、信息采集，構(gòu)成驅(qū)鼠物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)鼠類(lèi)進(jìn)行圍追堵截。

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　　本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》2018年第7期第38頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。