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煙葉烤房監(jiān)測(cè)儀中的低功耗設(shè)計(jì)
摘要：隨著電子業(yè)的迅速發(fā)展和便攜式設(shè)備的廣泛應(yīng)用，低功耗設(shè)計(jì)已成為嵌入式設(shè)計(jì)的主流思想。結(jié)合煙葉烤房監(jiān)測(cè)儀，從設(shè)計(jì)的三個(gè)階段——元器件選擇、電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)來(lái)討論低功耗設(shè)計(jì)中的實(shí)用策略，并列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析各個(gè)策略的優(yōu)化程度。關(guān)鍵詞：低功耗設(shè)計(jì) 煙葉烤房監(jiān)測(cè)儀 元器件選擇 電路設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)
近年來(lái)，隨著我國(guó)煙葉生產(chǎn)水平的不斷提高，煙葉烘烤調(diào)調(diào)制過(guò)程受到了越來(lái)越多的重視，成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)煙葉的關(guān)鍵步驟；而傳統(tǒng)的人工長(zhǎng)期監(jiān)守、利用干濕球采集數(shù)據(jù)的方式已產(chǎn)生越來(lái)越多的弊端，與現(xiàn)場(chǎng)化的烤房設(shè)施不相適應(yīng)。采用電子設(shè)備對(duì)烤房溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，減少人工干預(yù)，已成為烤煙技術(shù)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。烤房實(shí)是監(jiān)測(cè)儀可以很好地解決烤煙的耗人力問(wèn)題，能夠依據(jù)烤煙所需溫濕度曲線(xiàn)對(duì)烤房溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在非正常情況時(shí)自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警，并具備較高的數(shù)據(jù)精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于應(yīng)用環(huán)境的要求，該儀器定位于便攜式產(chǎn)品，因而是否具備功耗低、壽命長(zhǎng)的特性，便成為產(chǎn)品能否推廣的首要指標(biāo)。
在這個(gè)監(jiān)測(cè)儀的研發(fā)過(guò)程中，低功耗設(shè)計(jì)計(jì)貫穿始終。本文主要從嵌入式系統(tǒng)研發(fā)的三個(gè)階段——元器件選擇、電路設(shè)、軟件設(shè)計(jì)來(lái)闡述所用到的低功耗設(shè)計(jì)策略。
1 元器件的選擇
元器件的選擇在產(chǎn)品的研發(fā)之初就要考慮。它是整個(gè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)低功耗的前提和基礎(chǔ)，同時(shí)它又具有與產(chǎn)品功能、性能需求直接相關(guān)，特殊性針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)。
首先擬定監(jiān)測(cè)儀的系統(tǒng)方案。監(jiān)測(cè)儀主要由微控制器、顯示、語(yǔ)音報(bào)警、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、外掛存儲(chǔ)器、串口、溫濕度數(shù)據(jù)采集電路以及鍵盤(pán)、電源幾部分組成，如圖1所示。
在了解大量同類(lèi)芯片性能的基礎(chǔ)上，開(kāi)始對(duì)各個(gè)部分的器件進(jìn)行選型。
首先是選擇作為核心控制部件的微控制器，這是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵器件。選用微控制器主要有以下五個(gè)原則：①選擇CMOS器件。由于TTL器件要比相對(duì)應(yīng)的CMOS器件功耗高很多，因此這是降低系統(tǒng)功耗的最直接辦法。②可以低頻、低壓運(yùn)行。CMOS電路的功耗特性為：
P=PD+PA
其中：P為總功耗；
PD為靜態(tài)功耗，PD=VDD×IDD;
PA為動(dòng)態(tài)功耗，PA=VDD×ITC+V2DD×RfCL。
可見(jiàn)CMOS電路功耗主要為動(dòng)態(tài)功耗，而動(dòng)態(tài)功耗又正比于工作頻率和工作電壓的平方，因此在滿(mǎn)足系統(tǒng)性能要求的前提下，要盡量降低工作頻率和電壓。③有可切換的幾種工作模式�，F(xiàn)有的很多單片機(jī)為了降低功耗，都設(shè)置有多個(gè)工作模式，如休眠、運(yùn)
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