数字机顶盒芯片的电源管理系统设计
这是一篇关于数字机顶盒,PMU,低功耗,EDA,软硬件协作的论文, 主要内容为中国机顶盒的发展史已长达20多年。随着电子技术的进步,数字机顶盒也得到了迅速发展。伴随机顶盒功能多样化的发展,要求外围硬件资源的配置增加,势必导致了功耗的增加。在这种情况下,构建稳定可靠且低功耗的电源管理至关重要。电源管理系统(PMU)的设计也被广泛应用在其他电子设备上。本文采取软硬件协作的方式,在SOC(System On Chip)上实现数字机顶盒的电源管理的设计和验证。本文设计了多种电源管理系统方案,共同协作。其一,本文设计了一个PMU方案。PMU位于常开区域里面,主要功能是控制数字机顶盒芯片可关断域内相关芯片的上电和下电工作。在芯片处于低负载工作的时候,根据不同的工作场景,控制相关的电源关断或开启。其二,本文设计了一个内核电源管理系统CORE＿PMU方案。CORE＿PMU位于可关断域内,是由寄存器控制的独立硬件设计,用来控制和管理A55四个内核电源域的关断和重启。本文还支持DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)技术,动态调节A55电压和频率,最大程度的降低芯片的运行功耗;支持CRC(Cyclic Redundancy Check)算法,完成校验机顶盒芯片的寄存器值;支持多种电源模式、工作模式;支持shell语言编写的CPF(Common power format)文件。最后完成基于Linux平台和EDA工具对PMU模块的仿真验证和完成芯片设计流程的低功耗设计的验证,并使芯片的功能覆盖率达到100%。实现使用DSOS104A KEYSIGHT示波器验证可关断域相关电源的关断和开启。通过多种低功耗设计,最大程度的降低芯片功耗。并基于TSMC 28 nm工艺流片,完成芯片的功耗测试。测得电源管理系统的功耗为55.6μW,经过调研,已达到电源管理芯片较低功耗的水平。测得数字机顶盒芯片在待机模式下(深度睡眠模式)的功耗为0.119 W,低于国家规定的机顶盒待机功耗0.5 W的要求,达到一级能效的标准,实现电源管理系统设计的既定目标。
用于人员入侵监测的物联网系统设计
这是一篇关于低功耗,数据可靠传输,物联网云平台,远程升级,人员监测的论文, 主要内容为人员监测系统在我们生活中十分常见,例如道路交通、社区安防、边疆国防等领域都有着广泛的应用。传统的光感传感器监测方式很容易受到烟雾、雨雪等天气的影响,而且大多数设备间采用开放式数据交互,容易造成数据的窃取和篡改。此时,开发一种不受周围环境影响、低功耗且数据安全的人员监测系统,用以满足多场景的需求具有十分重要的实际意义。毫米波的波长较短,具有抗干扰能力强、携带信息量大的特点,而且毫米波雷达具有保护用户隐私的优点,在汽车、安防等领域广为使用。本文采用毫米波雷达传感器作为数据采集设备,数据通过可靠传输方案发送至ESP32主控板,主控板将数据解析、处理后,分别发送给物联网云平台、存储设备和Web前端。同时,用户可以通过主控板对传感器、舵机、存储设备等外设进行控制,物联网云平台又将数据透传给系统服务器,用户登入系统后,可以实时查看监测信息、历史消息、设备日志等数据。该系统适用于全天候、全天时室外安防,比如边疆国防、厂区监测、站台监控等。在本次设计中,作者的主要工作由硬件设计和软件功能设计及实现两个部分组成。主要内容有:人体定位算法流程设计,并对算法进行优化;设备间数据可靠传输方案设计,包括数据加密方案和SPI(Serial Peripheral Interface)可靠传输协议两部分。有效保证用户的数据安全,填补了SPI协议无检错机制的漏洞;设计低功耗方案,通过主控模块自身的模式切换和传感器的电源控制,延长了系统的续航能力;增加多种舵机控制系统,提高了舵机旋转精度,方便设备的安装和调试;设计远程固件升级系统,包括设备端和控制平台的实现,为管理员更好的控制设备固件版本提供便利;云服务器的开发,搭建了物联网平台、建立系统服务器、设计数据库、前端界面等工作,用户可以通过浏览器查阅监测节点信息以及历史记录。最后对系统进行了测试。先是通信功能和传感器性能进行测试,然后对低功耗设计和舵机精度控制方案进行测试,分别从主控端、物联网云平台和云服务器三个部分,对系统的整体性能和功能进行了测试。实验结果表明,低功耗方案可以降低系统能量消耗49%以上;舵机精度控制方案可以将舵机的误差控制在2个步进内,即0.176°,而且有85%的概率达到0误差,有效地提高了舵机的旋转精度,提高了系统的准确度。
无线低功耗录井数据采集传输系统设计与开发
这是一篇关于录井数据采集,低功耗,无线传输的论文, 主要内容为录井技术属于油气勘探开发活动的一项基本技术,主要是通过检测记录钻井过程中的相关传感信息,进而来发现、评估油气藏。传统录井传感器的信号经过电缆传输的,然而电缆传输具有很多缺点,安装调试非常复杂、繁琐,在井场搬迁过程当中拆装工作量大,并且容易造成设备的损坏,增加施工作业的难度等。与有线传输方式相比,无线录井仪器具有移动性强、拆装方便、通信范围大、设备连接简洁化等优点,特别适合于钻井井场这种环境。本文根据录井井场的环境情况,结合录井传感器的参数采集以及传输要求,进行低功耗无线录井数据采集传输系统研制。本课题进行低功耗的设计开发以C8051F930单片机传感器节点模块为控制中心,实现了对录井传感参数的高精度采集;在Keil C51的开发软件下编写和编译了传感采集节点程序,来实现无线传感网络中传感器节点与上位机的数据传输通信功能;以射频模块PM103为核心建立了工作频率为433MHZ的符合录井采集传输协议的无线传感网络平台;设计与开发基于VS2010的无线录井通信管理软件,该软件通过串口与井场传感节点进行通信,并且通过TCP/IP与录井服务器进行网络通信,对分布在井场上的传感器节点进行有效管理,采集数据并监控整个传感网络中传感器节点的运行状况,以方便操作人员进行查询和监控。在完成硬件平台的搭建和系统的软件设计后,进行整体调试后,到钻井井场进行试验,证实了设计的可行性,实现了录井传感参数的无线采集传输,达到了预期的设计目的。
应力式涡街流量传感器测量系统研制及实验
这是一篇关于涡街流量计,双供电方式,信号调理电路,低功耗,单片机,振动干扰的论文, 主要内容为涡街流量计是基于卡门涡街原理进行流量测量的一种流量计,具有仪表内无机械可动部件,运行可靠,且测量结果不受流体的密度、温度等参数影响,成为目前国际上主要的流量仪表之一。涡街流量传感器是涡街流量计的信号检测装置,按测量方式可分为应力式、热敏式、电容式和超声波式等多种类别。其中应力式涡街流量传感器一般采用压电传感器,具有响应快、成本低、可靠性高等优点,在涡街流量计中应用广泛。本文以应力式涡街流量传感器为研究对象,研究测量系统设计方法。具体内容如下:设计系统的信号调理电路。分析压电传感器输出信号特征,针对传统电荷放大器受运算放大器输入偏置电流与反馈电阻制约使得低频信号放大能力差的缺点,设计了一种带有电压负反馈的差动式电荷放大器,仿真和实验结果表明改进后的电荷放大器能够有效增强低频信号放大能力,对拓宽流量计量程具有积极作用;针对传统的带通滤波器组无法灵活调节通带频率以及所用元器件过多导致的成本高、功耗高的缺点,设计了中心频率可调的带通滤波器,大大简化了硬件结构,同时能够根据需要灵活调节中心频率,提高了滤波效果的同时降低了系统功耗。设计涡街流量传感器测量系统。根据流量信号特点、系统的功耗以及应用场景的要求,提出具备两种供电方式的宽量程、低功耗的系统设计方案。设计电池与电源两种供电方式的管理电路和保护电路,同时根据两种供电方式的特点和要求,在不同的供电方式下进行不同的信号测量方法和控制措施。采用超低功耗单片机MSP430F6459作为核心处理器,搭建相应的外围电路,同时设计人机接口电路并进行静电防护。设计两线制电压源供电方式下的电流输出电路以及两种供电方式下相应的脉冲输出电路。研究系统抗周期振动干扰方法。以工业现场测量中常见的管道周期振动干扰为研究对象,基于设计的硬件电路研究系统抗干扰方法。为了减小单片机的运算量,延长电池使用寿命,提出了基于可控带通滤波器的抗周期振动干扰方法,实验验证方法有效性,并进行系统软件设计。最后搭建实验平台对研制的系统进行相应模块的性能指标测试。
应力式涡街流量传感器测量系统研制及实验
这是一篇关于涡街流量计,双供电方式,信号调理电路,低功耗,单片机,振动干扰的论文, 主要内容为涡街流量计是基于卡门涡街原理进行流量测量的一种流量计,具有仪表内无机械可动部件,运行可靠,且测量结果不受流体的密度、温度等参数影响,成为目前国际上主要的流量仪表之一。涡街流量传感器是涡街流量计的信号检测装置,按测量方式可分为应力式、热敏式、电容式和超声波式等多种类别。其中应力式涡街流量传感器一般采用压电传感器,具有响应快、成本低、可靠性高等优点,在涡街流量计中应用广泛。本文以应力式涡街流量传感器为研究对象,研究测量系统设计方法。具体内容如下:设计系统的信号调理电路。分析压电传感器输出信号特征,针对传统电荷放大器受运算放大器输入偏置电流与反馈电阻制约使得低频信号放大能力差的缺点,设计了一种带有电压负反馈的差动式电荷放大器,仿真和实验结果表明改进后的电荷放大器能够有效增强低频信号放大能力,对拓宽流量计量程具有积极作用;针对传统的带通滤波器组无法灵活调节通带频率以及所用元器件过多导致的成本高、功耗高的缺点,设计了中心频率可调的带通滤波器,大大简化了硬件结构,同时能够根据需要灵活调节中心频率,提高了滤波效果的同时降低了系统功耗。设计涡街流量传感器测量系统。根据流量信号特点、系统的功耗以及应用场景的要求,提出具备两种供电方式的宽量程、低功耗的系统设计方案。设计电池与电源两种供电方式的管理电路和保护电路,同时根据两种供电方式的特点和要求,在不同的供电方式下进行不同的信号测量方法和控制措施。采用超低功耗单片机MSP430F6459作为核心处理器,搭建相应的外围电路,同时设计人机接口电路并进行静电防护。设计两线制电压源供电方式下的电流输出电路以及两种供电方式下相应的脉冲输出电路。研究系统抗周期振动干扰方法。以工业现场测量中常见的管道周期振动干扰为研究对象,基于设计的硬件电路研究系统抗干扰方法。为了减小单片机的运算量,延长电池使用寿命,提出了基于可控带通滤波器的抗周期振动干扰方法,实验验证方法有效性,并进行系统软件设计。最后搭建实验平台对研制的系统进行相应模块的性能指标测试。
基于机械能量收集的低功耗加速度传感系统设计
这是一篇关于加速度传感器,监测,机械能量,低功耗,压电的论文, 主要内容为随着电路集成能力的提升,微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)得到不断发展,同时各种传感器设备应运而生,其中加速度传感器是一种可广泛应用于室外、野外监测和分布式传感的倾角测量传感器,但使用传统电池/有线电源作为供电系统的局限性大大限制了其应用领域,尤其对工作在室外/无稳定电源供给环境中的传感器设备来说,更是直接增加了人力物力成本且大大降低了这些设备的使用范围。基于机械能量收集的传感器系统利用现场机械振动装置收集当地能量并驱动低功耗传感器工作,可有效克服传统电池/有线电源能量供给的局限性,成为目前分布式监测领域亟需解决的关键技术问题。通过对现有的能量收集与传感驱动技术进行研究和对比,本文选择以机械能量为收集对象,以压电效应(Piezoelectric Effect)为能量转化方式,以检测静态基础建筑设施倾角为应用场景,研究MEMS加速度传感器的感测模式与驱动检测能量耗散模式,设计了一套能收集并利用机械能量的低功耗加速度传感系统,并从能量管理技术和分布式加速度参量感测软硬件设计两大方面,实现无电池电源供给下的自供电倾角参数分布式监测功能。本文内容具体为:对机械能量收集技术进行简述并深入研究了加速度传感器工作原理和传感驱动机理,并建立了振动能量收集模型,同时研究了压电能量收集技术,在压电理论的基础上建立了机电转换的等效电路模型;将锆钛酸铅压电陶瓷制成压电振子并搭建起悬臂梁换能装置,对制备的压电换能装置的输出性能和基于LTC3588的低功耗电源管理电路进行了测试,测得稳定输出3.3 V直流电压,实现储能介质充电时间为4 min;并对设计的低功耗加速度传感系统的测量精度进行了优化,测试结果表明优化后的加速度传感系统能够实现长期稳定输出,且能获得高精度加速度数据;测得系统发送数据的功耗约94.35 m W,接收时功耗约52 m W;最后对系统整体进行12小时测试,验证了系统在每5 min间歇工作模式下能采集精度为0.01 g的加速度值。所完成工作对物联网检测平台及分布式监测系统研制提供了理论基础和应用方案。
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