AN3430
Application note
How to achieve the lowest current consumption
with STM32F2xx
Introduction
In embedded microcontroller applications, designers and developers have specific tasks to
solve and their solutions are influenced by the resources that are available and the
constraints of cost, time, physical size and technology choice. At the heart of many good
products, microcontrollers have a crucial influence on system power design and particularly
in a brave new world that’s concerned with energy efficiency
The STM32F2xx is one of the best high-performance microcontrollers that can be used to
achieve a complete embedded application with the lowest current consumption.
This application note is intended for system designers who require a software and hardware
implementation overview of the low-power modes of the STM32F2xx products. It describes
how to use the STM32F2xx product family in low-power mode and details the clock systems,
register settings and firmware development methods in order to optimize the use of energy
in applications where low power is the key.
This application note should be read in conjunction with the datasheet of the relevant
STM32F2xx product and the STM32F2xx reference manual. For information on
programming, erasing and protection of the internal Flash memory please refer to the
STM32F2xx Flash programming manual.
The STM32F2xx datasheets, the reference and Flash programming manuals are all
available from the STMicroelectronics website https://www.doczj.com/doc/1111527389.html,.
August 2011Doc ID 019009 Rev 11/38
https://www.doczj.com/doc/1111527389.html,
Contents AN3430
Contents
1Power consumption factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2STM32F2 low power design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1STM32F2 hardware design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.1Internal supply structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2Hardware environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.3Clock management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2STM32F2 low power configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1Low power mode overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2Power consumption and wakeup time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.3Voltage regulator configuration and impact on power consumption . . . 14
3STM32F2 low power firmware development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1Firmware tips and tricks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.1Common firmware configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.2Special firmware configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1.3Code optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2STM32F2 example of current consumption optimization . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.1Test environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.2SPI_MASTER_NonOptimized firmware architecture . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.3Practical example of current optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Appendix A Schematics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
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AN3430Power consumption factors
Doc ID 019009 Rev 13/38
1 Power consumption factors
Information in this section is based on Proceedings of the IEEE, Vol.89, No.11, November 2001.
Power dissipated in CMOS circuits consists of several components as indicated in the following equation:
Ptotal = Pswitching + Pshortcircuit + Pstatic + Pleakage The total current consumption is a sum of:
●The power required to charge or switch a capacitive load (Pswitching ),
●Short circuit power consumed during output transitions of a CMOS gate as the input switches (Pshortcircuit ),
●Static power consumed by the device (Pstatic ),●
Leakage power consumed by the device (Pleakage ).
Pswitching and Pshortcircuit components represent the dynamic power which is consumed when a device is actively changing state:
●Pswitching depends on the capacitive load, the voltage level and the system frequency: Pswitching = C * V2 * f
●
Pshortcircuit occurs due to the overlapped conductance of both the PMOS and NMOS transistors forming a CMOS logic gate as the input signal transitions, this
current draw depends on the average current drawn during the input transition and the voltage level: Pshortcircuit = Imean * V
Pstatic and Pleakage components represent the static power consumption which is negligible compared to dynamic consumption when the clock is running.
●
Pstatic is not usually a factor in pure CMOS designs, since static current is not drawn by a CMOS gate, but certain circuit structures such as sense amplifiers, voltage references, and constant current sources do exist in CMOS systems and contribute to overall power.
●
Pleakage is due to leakage currents from reversed biased PN junctions associated with the source and drain of MOS transistors, as well as subthreshold conduction currents. The leakage component is proportional to device technology and temperature.
Power consumption thus depends on:
●Microcontroller unit (MCU) chip size: Technology used, number of transistors, analog features/peripherals embedded and used.
●
MCU supply voltage : The amount of current used in CMOS logic is directly
proportional to the voltage of the power supply squared. Thus, power consumption may be reduced by lowering the MCU supply voltage.
●Clock frequency : Power consumption may be reduced by decreasing the clock frequency when fast processing is not required by the application.
●
Operating mode : Power consumption varies depending on the mode a particular application is running in (CPU on/off, oscillator on/off,...).
For an application powered by a battery, consumption is very important. Usually, average consumption should be below a certain target to ensure an optimum battery lifetime.
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2 STM32F2 low power design
2.1 STM32F2 hardware design
To introduce STM32F2xx series as a high performance and low power microcontroller in the
market requires that this new generation of STM32 family come with a challenge in terms of hardware design.
This hardware design contributes to the static and dynamic current consumption of the SMT32F2 microcontroller. This is why the CMOS technology used, as well as the system design changes from one microcontroller to another depending on the final target which will be covered by this microcontroller.
2.1.1 Internal supply structure
The device requires a 1.8 V to 3.6 V operating voltage supply (V DD ), except for the WLCSP package which requires 1.65 V to 3.6 V .
The real-time clock (RTC) and backup registers can be powered from the V BAT voltage when the main VDD supply is powered off.
To retain the content of the Backup registers when V DD is turned off, the V BAT pin can be connected to an optional standby voltage supplied by a battery or another source.
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Doc ID 019009 Rev 15/38
The V BAT pin also powers the RTC unit, allowing the RTC to operate even when the main digital supply (V DD ) is turned off. The switch to the V BAT supply is controlled by the power down reset (PDR) circuitry embedded in the Reset block.
An embedded regulator is used to supply the internal 1.2 V digital power, which was
designed to consume the lowest current consumption needed in conjunction with low power mode used. There are three different operating modes:
●In Run mode the regulator supplies full power to the 1.2 V domain (core, memories and digital peripherals).
●In Stop mode the regulator supplies low power to the 1.2 V domain, preserving the content of registers and internal SRAM.
●
In Standby mode the regulator is powered down. The content of the registers and SRAM are lost except for the standby circuitry and the backup domain.
This regulator can also be bypassed by an external one which should supply directly the MCU with 1.2V injected on Vcap1 and Vcap2 pins (refer to Section 2.2.3).
2.1.2 Hardware environment
In the real application, there are other hardware components, such as transceivers, external
memories, Bluetooth chips or other microcontrollers which are connected to the STM32F2 in order to achieve the application target.
These components cause a current increase which affects both the static current
consumption, depending on the PCB connection and hardware layout, and the dynamic consumption during MCU communications.
A well configured hardware design ensures the best current consumption for the final application.
For this reason we recommend following rules described in the Getting started with STM32F20xx/21xx MCU hardware development (AN3320).Figure 2 summarizes some of these rules:
STM32F2 low power design AN3430
Particular note should be paid to certain common hardware misconfigurations to avoid
penalizing the total current consumption of the application; the top five are:
●REGOFF and IRROFF pin connection
Depending on the selected STM32F2xx package, these pins should be connected
either to VDD or to VSS following the voltage regulator mode that user wants to
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AN3430STM32F2 low power design
Doc ID 019009 Rev 17/38
configure. For more details, refer to section “Voltage regulator” in STM32F20xx/21xx datasheet for details.
●
Vcap_1 and Vcap_2 pin connection: –If the user wants the voltage regulator to be active during the application, these pins must be connected to GND through 2.2uF ceramic capacitors.
–
If the user wants to bypass the voltage regulator, these pins are used to inject the 1.2V supply from an external power supply. In this case, the 2.2uF capacitors should be disconnected and replaced by 100nF ceramic decoupling capacitors.
●
Unused pins not connected
All unused pins must be connected to ground through a 10K pull-down resistor to avoid external disturbance on the I/Os and increase the EMC performance.
●
Because clocks can be a major factor of a high current consumption, specific attention must be paid to all clock input and outputs related to the MCU or to other components on the board.
Designers should be aware that clocking other components on the board by MCU clock through one output pin (such as the MCO) will increase the current consumption due to the I/O switching frequency.
For this reason, it is up to the hardware designer to choose either routing a PCB wire from the MCO pin to other clock input components or use an external oscillator
depending on the full set of clock requirements on the board (number of clock inputs and clock frequencies).
Note:
Refer to Section 3.2.3: Practical example of current optimization on page 26 for information on the current consumption value versus clock output frequency.
●
If no external battery is used in the application, it is highly recommended to connect V BAT externally to V DD with a 100 nF decoupling capacitor.
2.1.3 Clock management
Three different clock sources can be used to drive the system clock (SYSCLK):
●HSI oscillator clock ●HSE oscillator clock ●
Main PLL (PLL) clock
The device has the two following secondary clock sources:
●32 kHz low-speed internal RC (LSI RC), which drives the independent watchdog and,
optionally, the RTC used for auto-wakeup from the stop/standby mode.
●
32.768 kHz low-speed external crystal (LSE crystal) which optionally drives the RTC clock (RTCCLK)
Each clock source can be switched on or off independently when it is not used to optimize power consumption.
Another source of energy saving is to bypass the HSE oscillator and clock the STM32F2 with an external clock source, if another clock already available on the board for other devices.
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AN3430STM32F2 low power design The clock controller provides a high degree of flexibility to the application with regards to the
choice of the external crystal or the oscillator, which are used to run the core and
peripherals at the highest frequency and guarantee the appropriate frequency for
peripherals that need a specific clock like Ethernet, USB high speed and full speed, I2S and
SDIO.
Several prescalers are used to configure the AHB frequency, the high-speed APB (APB2)
and the low-speed APB (APB1) domains. The maximum frequency of the AHB domain is
120 MHz. The maximum allowed frequency of the high-speed APB2 domain is 60 MHz. The
maximum allowed frequency of the low-speed APB1 domain is 30 MHz.
There are special cases to which software and hardware developers should pay attention
when computing the current consumption budget versus the system frequency:
●Minimum system clock values required by some peripherals:
–When Ethernet is used, the AHB clock frequency must be at least 25 MHz.
–When USB full speed is used, the AHB clock frequency must be at least 14.2
MHz.
–When USB high speed is used, the AHB clock frequency must be at least 30 MHz.
–When I2C is used to achieve standard mode I2C frequencies, the APB1 clock must be at least 2 MHz.
To achieve fast mode I2C frequencies, the APB1 clock must be at least 4 MHz.
To achieve 400 kHz maximum I2C fast mode, the APB1 clock must be at least
10MHz.
●The timer clock frequencies:
–If the APB prescaler is 1, the timer clock frequencies are set to the same
frequency as that of the APB domain to which the timers are connected.
–Otherwise, timer clock frequencies are set to twice (×2) the frequency of the APB domain to which the timers are connected.
This flexible system clock is one of the most important low power factors for STM32F2xx.
Used efficiently, this improves the current consumption of the application by gating the
unused PLL, APB domain or peripheral clocks.
2.2 STM32F2 low power configuration
STM32F2 embedded combined features of the supply controller and the power
management controller provide a wide range of low power modes allowing system
designers to choose the best trade-off between power consumption, wake-up time, clock
frequency, wake-up sources and context backup.
2.2.1 Low power mode overview
By default, the microcontroller is in Run mode after a system or a power-on reset. Several
low-power modes are available to save power when the CPU does not need to be kept
running, for example when waiting for an external event. It is up to the user to select the
mode that provides the best compromise between low-power consumption, short startup
time and available wakeup sources.
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The devices feature three low-power modes:
●Sleep mode (Cortex-Mx core stopped, peripherals kept running)●Stop mode (all clocks are stopped except the backup domain)●
Standby mode (1.2 V domain powered off)
Table 1.Low-power mode summary
For more information about low power modes, refer to RM0033 section “Low-power modes”.
2.2.2 Power consumption and wakeup time
This section provides observations and conclusions about the power consumption values
already described in the STM32F20xx/21xx datasheet (refer to section Supply current characteristics” in the STM32F20xx/21xx datasheet for more detail about MCU conditions during measurement).
Warning:
All current consumption results described in the
STM32F20xx/21xx datasheet are measured using a board which only contains the MCU, boot pins (VDD,VSS) and decoupling capacitors (refer to Appendix A: Schematics ).Reproducing the low power measurement tests on the Eval board results in high current consumption values due to high integration hardware components on the board.
Run mode consumption
Following are the measurement results in run mode:
Mode name
Entry
Wakeup
Effect on 1.2V domain clocks
Effect on
V DD
domain clocks Voltage regulator
Sleep
(Sleep now or Sleep-on-exit)
WFI Any interrupt CPU CLK OFF no effect on other clocks or analog clock sources
None ON
WFE
Wakeup event
Stop
PDDS and LPDS
bits +
SLEEPDEEP bit
+ WFI or WFE
Any EXTI line (configured
in the EXTI registers,
internal and external lines)
All 1.2V domain clocks OFF HSI and
HSE oscillators
OFF
ON or in low- power mode (depends on PWR power control
register (PWR_CR))Standby
PDDS bit + SLEEPDEEP bit + WFI or WFE WKUP pin rising edge, RTC alarm (Alarm A or
Alarm B), RTC Wakeup event, RTC tamper event, RTC time stamp event,
external reset in NRST pin, IWDG reset
OFF
AN3430STM32F2 low power design Figure 4.Typical current consumption vs. temperature, Run mode, code with data processing running from Flash, ART accelerator OFF, peripherals OFF
Figure 5.Typical current consumption vs. temperature, Run mode, code with data processing running from Flash memory (ART accelerator enabled) or
Figure4 and Figure5 present the run mode current consumption values. The only
difference between these two groups of results is the ART configuration—disabled in
Figure4 and enabled in Figure5.
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Observation:
●Power consumption increases with clock frequency,●Power consumption increases with temperature,
●
Power consumption increases when disabling the ART accelerator.
Conclusion:
●Use the appropriate clock frequency; do not over clock the system if this is not needed ●
Enable ART accelerator to reduce power consumption and increase the overall system speed and efficiency.
Sleep mode consumption and wakeup time
To reduce current consumption, the MCU can be put into sleep mode so the CPU core is stopped and peripherals are kept running.
Current consumption values in sleep mode are described in the STM32F20xx/21xx datasheet. Y ou can also use the example included in the standard peripherals library (STM32F2xx_StdPeriph_Lib\Project\STM32F2xx_StdPeriph_Examples\PWR\
CurrentConsumption) to have an idea of measuring sleep mode current consumption.The following are the sleep mode measurement results:Figure 6.
Typical current consumption vs. temperature in sleep mode, peripherals OFF
In sleep mode the wakeup time is about 1 μs (refer to section “Wakeup time from low-power mode” in the STM32F20xx/21xx datasheet).Observation:
●Power consumption increases with clock frequency ●
Power consumption increases with temperature
Conclusion:
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Sleep mode can be used to reduce the current consumption of the application by stopping the CPU core while DMA handles the communication with the peripherals.
Stop mode consumption and wakeup time
The Stop mode is based on the Cortex-Mx deep sleep mode combined with peripheral clock gating. The voltage regulator can be configured either in run or low-power mode. In Stop mode, all clocks are stopped; the PLL, the HSI and the HSE RC oscillators are disabled. SRAM and register contents are preserved and all I/O pins keep the same state as in the Run mode.
For more information about current consumption values in stop mode, refer to section “Supply current characteristics” in the STM32F20xx/21xx datasheet.
Y ou can also measure this current consumption using the example included in the standard peripherals library (STM32F2xx_StdPeriph_Lib\Project\ STM32F2xx_StdPeriph_Examples\ PWR\CurrentConsumption).
The following measurement results are in stop mode:
In stop mode, wakeup time depends on the voltage regulator and the Flash memory wakeup time. For example, if the voltage regulator is in run mode and the MCU is configured in stop mode, the wakeup time is about 13 μs. However when the voltage regulator and the Flash memory are configured in low power mode, the wakeup time increases to reach 110 μs (for more details about the wakeup time, please refer to the STM32F2xx datasheet).Observation:
●
Current consumption and wakeup time in stop mode depends on the voltage regulator configuration (run mode or low power mode) and Flash memory configuration (stop mode or deep power mode)
●
A lower current consumption means a longer the wakeup time
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Standby mode consumption and wakeup time
Standby mode is based on the Cortex-Mx deep sleep mode, with the voltage regulator disabled. The 1.2 V domain is consequently powered off. The PLL, the HSI oscillator and the HSE oscillator are also switched off. SRAM and register contents are lost except for registers in the Backup domain and Standby circuitry.
For more information about current consumption values in Standby mode, refer to section “Supply current characteristics” in the STM32F20xx/21xx datasheet).
Y ou can also measure this current consumption using the example included on the standard peripherals library (STM32F2xx_StdPeriph_Lib\Project\
STM32F2xx_StdPeriph_Examples\PWR\CurrentConsumption).
The Standby mode current consumption depends on the backup SRAM and RTC
configuration, which is between 5.8 μA when both backup SRAM and RTC are enabled, and 2.5 μA when both backup SRAM and RTC are disabled (for more details about the wakeup time, please refer to the STM32F2xx datasheet). Observation:
●Standby mode returns the lowest power consumption
●
The wakeup time from Standby mode is the highest wakeup time. It is about 375 μs (refer to the section “Wakeup time from low-power mode” in the STM32F20xx/21xx datasheet)
●All I/O pins are high impedance except reset pad, and TAMPER pin if it is configured for tamper or calibration out, and the WKUP pin if it is enabled
●
Wake up from standby mode means Inrush current will occur (refer to section Section 2.2.3: Voltage regulator configuration and impact on power consumption ).
Conclusion:
The global wakeup time of the device can be viewed as the sum of the following:
●Wakeup time of the main voltage regulator (if it is switched off during the low-power mode)
●Stabilization time of the oscillator (if it is switched off during the low-power mode)●Wakeup time of the Flash memory (if it is switched off during the low-power mode)●
Interrupt latency for the wake up event trigger
The results above shows the trade-off between consumption and wakeup time in the
STM32F2. Generally, the lower the power consumption is, the longer the wakeup time. Y ou should therefore try to find the best trade-off according to the application constraints.
2.2.3 Voltage regulator configuration and impact on power consumption
As described in Section 2.1.2 on page 5, the voltage regulator can be configured to be ON or OFF , depending on the package used (REGOFF and IRROFF pin availability) and the hardware environment (Vcap1 and Vcap2 pins configuration).
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Voltage regulator ON
When the voltage regulator is ON the hardware environment is set:
●
Depending on the package, IRROFF and REGOFF pin (if available on the used package) are set to VSS, (see section “Voltage regulator” in the STM32F20xx/21xx datasheet)
●
Vcap_1 and Vcap_2 pins are connected to GND through a 2.2uF ceramic capacitor
When the voltage regulator is ON, the Inrush current affects the dynamic power
consumption at Power ON, and also and when the CPU wakes up from Standby mode.In fact, the Inrush current is coming from the 2*2.2 μF Vcap capacitors, which are
discharged when the voltage regulator is powered down (power off or Standby mode). These capacitors are charged at Power ON or when waking up from Standby mode. This results in the Inrush current reaching up to 200 mA (maximum) in a short time (about 30 μs).To measure the Inrush current, place a current probe between one Vcap capacitor and the ground, then multiply the result by 2 (there are two Vcap capacitors drawing energy).Figure 8 shows the Inrush current:
Figure 8.
Inrush current div 2 (50mA/1DIV)
This parameter is described in the datasheet as Inrush current on voltage regulator (see the STM32F20xx/21xx datasheet T able 14 for more information).Observation:
●The Inrush current does not affect the average current consumption of the application because the Inrush time is too short in relation to the global application time.●
When the voltage regulator is ON, all the equivalent power relative to ddp = (3.3 V - 1.2 V) is dissipated.
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Note:
Important: The Inrush current of the STM32F2 is maximum 5.3 μC, and it is about 10 times less than USB compliance Inrush current which is specified at 5 V as 50 μC maximum.
Voltage regulator OFF
When the voltage regulator is OFF the hardware environment is set:
●
Depending on the package IRROFF and/or REGOFF pin (if available on the used package) are set to VDD, (see section “Voltage regulator” in the STM32F20xx/21xx datasheet)
●
Vcap_1 and Vcap_2 pins are connected to the external 1.2 V power supply and these pins must be decoupled with 2 * 100 nF ceramic capacitors
Observation:
●Standby mode is not allowed because 1.2V domain is controlled by the external power supply injected on Vcap pins.
●There is no Inrush current when the voltage regulator is bypassed.●In this mode, there is no power dissipated by the voltage regulator.
●
When bypassing the voltage regulator, for example we can save about 1/2 of the power which is wasted if the voltage regulator is active.
3 STM32F2 low power firmware development
Software plays an important role in achieving the lowest current consumption. Code needs
to be optimized, not just in terms of functionality but also with respect to energy efficiency.
Software has perhaps never really been formally identified as an ‘energy drain’ and it needs
to be. Every clock cycle and line of code consumes energy and this needs to be minimized
to achieve the best energy efficiency.
3.1 Firmware tips and tricks
3.1.1 Common firmware configuration
ART configuration
The ART Accelerator? is a memory accelerator which is optimized for STM32 ARM?
Cortex?-Mx processors. It balances the inherent performance advantage of the ARM
Cortex-Mx over Flash memory technologies, which normally requires the processor to wait
for the Flash memory at higher operating frequencies. Thanks to the ART Accelerator?, the
CPU can operate up to 120 MHz without wait states, thereby increasing the overall system
speed and efficiency.
To release the full processor 150 DMIPS performance at this frequency, the accelerator
implements an instruction prefetch queue and instruction/data, which enables program
execution from Flash memory at up to 120 MHz without wait states.
To avoid extra power consumption it is recommended to configure the ART as follows:
/* Disable prefetch buffer */
FLASH->ACR & = ~FLASH_ACR_PRFTEN;
/* Enable flash instruction cache */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_ICEN;
/* Enable flash data cache */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_DCEN;
The system performance can be adjusted to the current needs. This can be done either
from start, according to performance estimations, or on-the-fly on a running system to adjust
the performance to the current condition. In th is way the prefetch can be enabled or disabled
on-the-fly depending on user needs.
Disabling the prefetch buffer avoids extra Flash access that consumes 20 mA for 128-bit line
fetching.
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System clock configuration
The power consumption in Run mode can be reduced by the following means:
●Slowing down the system clocks
●Gating the clocks to the APBx and AHBx peripherals when they are unused
●In Run mode, stopping the HCLKx and PCLKx for individual peripherals and memories
at any time to reduce power consumption
●Estimating the clock speed of the peripheral buses during prototyping by calculating the
needed bandwidth and testing the settings on the hardware. The adjustment of the
clocks on-the-fly is not recommended as all clock settings for modules on the bus need
to be recalculated.
●Not over clocking the CPU if this is not needed on the application
●Using the STM32F2xx_Clock_Configuration.xls tool in expert mode. When it is used in
wizard mode, is not optimized for current consumption.
●When the STM32F2xx_Clock_Configuration.xls tool is used in expert mode to generate
system and peripherals clocks, take care to choose the correct clock configuration and
to set the prescalers to the max. value on the associated PLLs of the peripherals that
are not used (see Figure9).
For example: Using the STM32F2xx_Clock_Configuration.xls tool to configure the
system clock of the application. In the user application, the following peripherals are not
used: USB OTG FS, RNG, SDIO, I2S and all those clocked by PCLK1. The application
only requires PCLK2 clocked at 60 MHz.
Figure 9.Example of optimized clock configuration
To summarize the example of optimizing the system clock:
●Set the system clock to the value needed in your application (60MHz in this
application). This clock value can be achieved with different combinations of prescalers,
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but the best way is to set SYSCLK to 60 MHz and the AHB prescaler to 1 as shown in Figure9.
●Disable I2S clock, because it is not needed in the application
●Set PLL_Q prescaler to its maximum value, because USB OTG FS, RNG, SDIO are
not used on this application
●Set APB1 prescaler to its maximum value because all PCLK1 peripherals are not used
in this application
I/O configuration
After a reset, all STM32F2 pins are configured as inputs except some JTAG pins such as PA15 JTDI with pull-up, PA14 JTCK with pull-down and PA13 JTMS with pull-up. This has an impact on the power consumption of the device in the different power save modes because in input mode I/O pins are very sensible to external noise.
To set the device in the lowest possible power mode, all pins should be configured as analog input (AIN), because in analog configuration the Schmitt trigger input is deactivated, providing zero consumption for each I/O pin.
We recommend configuring the I/Os as follows:
●At the startup of the application:
–Enable all GPIO clocks
–Configure all I/Os in analog input mode
–Disable all GPIO clocks
●In the main application:
–Enable the required GPIO clock
–Configure the required I/Os on the application
●I/O configuration trick:
–If the user application just needs the I/Os to configure it as a peripheral alternate function in order to output or input signals (no read or write from/to GPIO
registers), we recommend disabling the associated GPIO clock of the used I/Os
after configuration. In this case I/O signals are still available and we optimize the
GPIO current consumption by disabling its clock.
●I/O toggling frequency:
–When configuring the I/O, pay specific attention to the I/O speed value configured in OSPEEDR (2 MHz, 10 MHz, 25 MHz, 50 MHz and 100 MHz). Current
consumption is as high as the I/O toggling frequency, so, to optimize current
consumption, OSPEEDR should be configured with the lowest possible value.
Table 2.Example of I/O toggling frequency current consumption versus I/O load (V DD=3.3 V, I/O speed= 50 MHz)
I/O toggling
30 MHz 15 MHz 3.75 MHz 1.85 MHz
fequency/load
Pin disconnected
2.17 mA 1.55 mA0.98 mA0.7 mA
(pad cut)(1)
C S(2) 2.93 mA 2.1 mA 1.1 mA0.77 mA
10 pF + C S 3.97 mA 2.73 mA 1.23 mA0.83 mA
Doc ID 019009 Rev 119/38
20/38Doc ID 019009 Rev 1
Table 2 shows the current consumption of a pin (such as the MCO or SPI SCK pin) that continuously switches at a specific frequency.
3.1.2 Special firmware configuration
ADC application
●
The ADC can be also a source of current draw during the Stop mode, unless it is
disabled before entering it. To disable it, write the ADON bit in the ADC_CR2 register to 0.
●In run mode, ADC can be configured in power-down mode by clearing the ADON bit. In this mode the ADC consumes almost no power (only a few μA).
●
In the application controlling the battery threshold through ADC_IN18 input channel, when setting VBATE bit in ADC_CCR register in run mode, there is an extra current consumption seen in Vbat pin. As a consequence, this may impact the battery life time. In fact, as the VBAT voltage could be higher than VDDA, to ensure the correct
operation of the ADC, the VBAT pin is internally connected to a bridge divider by 2. This bridge is automatically enabled when VBATE is set, to connect VBAT/2 to the
ADC1_IN18 input channel. T o prevent any unwanted consumption on the battery, we recommend enabling the bridge divider only when needed, for ADC conversion.
DAC application
●The DAC can be also a source of current draw during the Stop mode, unless it is disabled before entering it. T o disable it, write the ENx bit in the DAC_CR register to 0●
Once the DAC channelx is enabled, the corresponding GPIO pin (PA4 or PA5) is
automatically connected to the analog converter output (DAC_OUTx). In order to avoid parasitic consumption, the PA4 or PA5 pin should first be configured to analog (AIN).
RTC application
To clock the RTC registers, a programmable prescaler is split into 2 prescalers a 7-bit asynchronous prescaler and a 13-bit synchronous prescaler.
When both prescalers are used, we recommend configuring the asynchronous prescaler to a high value to minimize consumption.
Peripherals low power mode
There are independent low power modes for certain peripherals like the USB, Ethernet, bxCAN. When the CPU is in run mode, these peripherals can enter low power mode
33 pF + C S 4.89 mA 3.7 mA 1.52 mA 0.96 mA 47 pF + C S
5.85 mA
4.14 mA
1.67 mA
1.03 mA
1.The pin is externally removed from the LQFP176 package to avoid the pad capacitance.
2.C S : pad, board and PCB layout equivalent capacitance.
Table 2.
Example of I/O toggling frequency current consumption versus I/O load (V DD =3.3 V, I/O speed= 50 MHz) (continued)
I/O toggling fequency/load 30 MHz 15 MHz 3.75 MHz 1.85 MHz
最高效的四旋翼无人机 数据采集建模 CKBOOD was revised in the early morning of December 17, 2020.
最高效的四旋翼无人机数据采集建模 一、简介 近年来，微小型四翼无人机已经成为了无人飞行器研究领域的一个热点。它结构简单、机动性强、便于维护，能够在空中悬停、垂直起飞和降落。在军用和民用方面具有较大的潜在应用价值，国内外许多研究单位纷纷致力于四旋翼无人机飞行控制的架构设计与飞行控制研究，以实现四旋翼无人机的自主飞行。机载传感器系统是四旋翼无人机飞行控制系统的重要组成部分，它为机载控制系统提供可靠的飞行状态信息，是实现四旋翼无人机自主飞行的重要设备。 现在无人机应用最广的是倾斜摄影技术优势或者说最吸引用户的，就是利用倾斜摄影技术可以全自动、高效率、高精度、高精细的构建地表全要素三维模型。 二、四旋翼无人机特点 1、机动性能灵活，低空性能出色。能在城市、森林等复杂环境下完成各种任务。可完成空中悬停监视侦查。实现对动力要地低，能在狭小空间穿行，能垂直起降，对起降环境要求低。 2、对动力要求较小，产生的噪音低，隐蔽性能高，安全性能出色。四旋翼无人机采用四个马达提供动力，可使飞行更加稳定和精确。 3、结构简单，运行、控制原理相对容易掌握。 4、成本较低，零件容易更换，维护方便。
三、飞行软件 目前无人机种类繁多，针对无人机开发的飞控软件也有很多，目前比较好用的是DJI GS Pro、DJI GO4、Litchi Vue、Pix4d等。 四、数据采集，使用DJI GS pro 1、打开DJI GS pro软件，点击新建任务 2、点击测绘航拍区域模式 3、点击地图选点（飞行定点比较耗飞机电量，无特殊情况建议不使用） 4、点击屏幕就会出现一个航测区域，手动拖拽四个定点可以改变航测的面积和形状，同时也可以手动增加拐点，让航测面积更加的灵活多样。并且在右边的菜单栏里选择好对应的云台相机；设置好任务的高度，任务的高度和拍摄的清晰度，成图的分辨率有很大的关系；大面积的时候尽量选择等时间拍照，因为能上传的航点是有限的。 5、点击进入右侧菜单的高级选项之中，重新设置一下航测的重叠了，一般航向和旁向重叠率是700%和70%（最好不要低于70%）；设置好云台俯仰角，正射影像图一般为-90°，拍摄3D立体时一般为-45°；设置好返航高度，确保返航时不会碰撞到障碍物。 6、点击右上角飞机左边更多选项，点击高级设置（地图优化限中国大陆地区使用打开）；这点也是最关键的一点，这时候一定要点开中国大陆这个选项，不然飞行器的位置是偏移的。会导致航测任务区域整体偏移，有一部分任务没有拍摄到。
幼儿园智能安全管理系统解决方案7 幼儿园智能安全管理系统解决方案 系统概述 本系统采用非接触卡或指纹接送幼儿，使小孩来的安全，回的放心，防止错接误放，有效地杜绝了社会上不法分子从幼儿园盗领幼儿、拐卖幼儿的现象，增强了家长对学校的信任，提高了幼儿园的知名度和档次，使幼儿的接送管理点到管理及收费管理更加安全、科学、合理，大提高幼儿园的招生率。该系统在全国各地有三年以上的运作经验，实践证能保证幼儿安全，能提升幼儿园的现代化管理水平。 系统详细介绍 本幼儿园安全接送管理系统，由门口机、园长机、软件及智能IC卡组成。是一套简洁高效的幼儿园综合管理解决方案。它以幼儿安全接送为主，为杜绝幼儿误接、错接，加强幼儿人身安全方面起着举足轻重的作用；同时可进行幼儿晨检、保健卫生、人事档案、收费等多方面的管理。可以说，它既是一套幼儿安全管理系统，也是一套师生考勤管理系统，还是一套提供其它诸多管理功能的幼儿园综合性管理软件。 系统提供多个接口程序，支持联机使用，可兼容更多管理功能，是目前市面上最先进、最专业、最稳定、也是产品线最丰富的安全管理系统。是国家教育局、国家版权局推荐产品（国家版权局登记证号：035415），在全国20多个省市数千家幼儿园里得到广泛应用。该系统外观时尚大方，做工精美。软件功能在国内
外独具一帜，性能卓越，权威认证；在加强幼儿园安全、提升幼儿形象及管理水平等方面，起着无可替代的作用。 功能介绍 门口机：门口机安放在校园门口，该机通过无线传输方式与电脑旁的园长机连接起来；有效矩离可达150米，理论矩离1公里。门口机可随意移动，外观采用先进的工艺技术，美观大方。机上设有红、绿两个指示灯及七个按纽。其中三个按纽醒目标示”观察”、”服药”、”加餐”，其余为备用按纽及功能键。操作时，只有需要”观察”、”服药”、”加餐”的小朋友，才需要对应按下按键，正常小朋友无需操作按纽。门口机内设有多媒体音箱。刷卡时，系统会根据实际情况，发出”您好”、”迟到了”、”再见”、”无效卡”等语音内容，声音悦耳动听，指示清楚。同时，门口机会将所有数据传入电脑，电脑内的软件进行自动分析、汇总。门口机刷卡区高低适中，适合所有幼儿园师生使用。 信息管理机：专门用于接收门口机传送过来的数据，并用来给师生配卡及挂失卡。 软件： 1、本系统是一套幼儿园智能管理软件，集成了师生考勤管理、收费管理、保健卫生等功能； 2、根据幼儿园特点量身定制，经全国上千家校园使用，并不断完善，适用于所有幼儿园； 3、可同时在校门进行进校和出校刷卡，系统自动识别刷卡数据并保存记录；
收稿日期:2002 08 05 作者简介:黄志勇(1978 ),男,江西南昌人,硕士生,研究方向为便携式数据采集系统的开发与研制。 过程装备中数据采集系统的低功耗设计 黄志勇,邹久朋 (大连理工大学过程装备与控制工程系,辽宁大连116012) [摘 要] 从理论分析和实际应用两个方面阐述和讨论了低功耗大容量便携式数据采集仪的研制方案。主要从芯片的选型、外围电路的设计、软件设计等方面入手来分析如何使电池供电的数据采集系统长时间工作于无人看管的场所。 [关键词] 单片机;低功耗;外围电路;数据采集 [中图分类号]TM911 [文献标识码]A [文章编号]1000 0682(2003)01 0034 03 The Low dissipation design of a data acqusition system in process equipment HUANG Zhi yong,ZOU Jiu Peng (Proc ess Equi pment &Cont rol Engineering De pt o f DaLian U niversity o f Tec hnology ,Liaoning Dalian 116012,China ) Abstract:This paper expatiates on the method of designing a portable and large capacity microcontroller system with low power dissipation and discusses its development through both theoretic analysis and actual ap plications.Proceeding from the circuits,design,components and selection to software configuration,the paper analyses how the design conception can realize the function that keeps the battery operated data acquisition sys tem working for a long time at its working field without tenders. Key words:Microcontroller;Lo w power dissipation;Peripheral circuit;Data acquisition 1 前 言 由单片机组成的数据采集系统已经广泛的应用在过程装备的各个领域。通常在野外偏远地区、高温高压场所要进行压力、温度和应力等的数据采集时,由于没有持续的电力供给,而且工作温度有限制,不太适合使用笔记本电脑等设备进行数据采集,只能使用电池供电的数据采集系统。而一般情况下数据采集需持续几天到几个月,这样整个系统的功耗成为影响系统设计的关键问题。 2 低功耗的硬件设计 在实际应用中数据采集系统主要由传感器、A/ D 转换器、单片机、存储器、与微机接口电路等组成。除传感器外,设计人员基本上是选用低功耗C MOS 或HCMOS 型工艺制造的IC 。而CMOS 电路的功耗由静态功耗(Ps )和动态功耗(Pd )组成。静态功耗是在电路的所有输入信号保持状态不变时的直流功 耗。它包括PN 结反向漏电流引起的功耗和MOS 晶体管的亚阈电流引起的功耗。由于它一般在微安( A)量级[1],可以忽略。动态功耗是C MOS 电路在正常操作时所消耗的能量。它一般在毫安级(mA)。所以在低功耗设计时,应尽量减少动态功耗。 动态功耗Pd 是对电路节点负载电容进行充放电所消耗的功率。表示为: Pd =RC L V L V dd f (2 1) 式中:C L 负载电容; V L 逻辑摆幅;V dd 电源电压;f 工作频率; R 能量状态转换活动几率。 R 又简称 开关活动率 ,它是指节点一个周期内做耗能状态转换所用的时间与时钟周期之比,它的大小与电路结构、逻辑功能、输入数据的组合状态及节点的初始状态有关。一般情况下C MOS 电路的逻辑摆幅V L 与电源电压V dd 近似,故(2 1)式可简化为: P d =RC L V 2dd f (2 2) 由上式可知,降低动态功耗的主要途径是:降低耗能状态转换活动几率、减少负载电容、降低工作电 34 工业仪表与自动化装置 2003年第1期
光功率计的具体说明 深圳中视同创光钎通信 光功率计使用说明书 概述 本仪器测量精度高，稳定可靠。是一种智能化的、高性能的通用光功率计。采用了精确的软件校准技术，可测量不同波长的光功率，具有好的性价比。是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备测量工具。技术条件 性能指标： a．光波长范围：850 ～1550 nm ，b．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBm，c．显示分辨率：0.01 dB，d．准确度： ±5％（－70 ～＋3 dBm ），非线性：≤ 4％（－70 ～＋3 dBm ）e．环境条件:工作温度 0 ～55℃,工作湿度≤ 85％,f．电源： AC 220伏／50Hz ±10％ 基本功能: a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）; b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校 准; 操作 将后面板上电源线连接好，电源开关置“ON” 。仪器开始自检，点亮所有的发光器件，然后进入初始状态。仪器的初始状态如下： a．測量方式：dBm；b．測量波长：1310 nm；c．量程（RH）：自动方式；d．调零（Z ERO）：关；e．平均（AVG）：关。 测量准备 1)．开机后预热半小时。若对測量要求不高，预热几分钟就行了； 2)．调零 调零主要是消除光探测器的残余暗电流及弱背景光等噪声功率的影响。调零时，输入口必须完全遮光（注意：塑料保护盖不能完全遮光）。也可以在弱背景光下调零，但是，背景光功率值不能超过最小量程值的一半； 调零时，只需按一下“ZERO”键便可自动进行。调零过程中，“ZERO”和“RH”鍵上方指示器发光，面板上除波长设定键“λ SET”及测量键“MEAS”外，其余控制键不起作用，直到调零结束，指示器不发光，各控制键恢复常态。 3)．设定波长 开机后，仪器自动设定为1310(nm) 波长。要改变测量波长，按“λ SET”键，其上方指示器发光，此时，“数码显示窗”（10）显示其对应的波长数（nm），每按一次该键，改变一个选定波长，同时在“数码显示窗”（10）显示出来，其值可以在850、980、1300、1310、1 480和1550（nm）之间循环，按“MEAS”键后便选定了最后显示的波长，同时转入测量状态。 4)．将FC-PC型測试光缆连接线接好。 测量 1)．一般测量 仪器在测量状态下，可以根据使用者的习惯和测试特点选择测量数据的显示方式为“dBm”
监狱智能安全防范系统 可行性方案 1概述 由于监狱本身的特殊性，其安防建设一直备受重视，经过多年的发展，各种各样的安防手段被应用到监狱的安全防范工作中，使各地监狱建设了包括视频监控、报警、巡更、门禁、语音对讲、公共广播、AB门、高压电网等在内的众多技防与物防系统，这些系统在保障监狱内外部安全方面都发挥了非常重要的作用。 目前国内监狱防卫系统由内部防卫和周界防卫组成，采取的防卫手段是以人防、物防与简单的技防相结合。这些系统都是独立运行、独立管理的，随着监狱安防应用的进一步深入，这种独立运行、独立管理的形式暴露出越来越多的问题，其中最明显的体现在几个方面：随着对社会安全的要求越来越高，现有监狱技防手段暴露出越来越多的问题，其中最明显的体现在几个方面： （1）缺乏有效监控手段 需要安全防卫的重要场所仍以人防为主，缺乏技防手段。仅在监狱禁区内少数部位布设了监视传感器材。由于警卫人员自身的生理因素限制，因此在监控能力、监控范围、监控时间等方面存在很大的局限性。无法满足新时期监狱对安全警戒的高级需求。 （2）监控模式单一 目前已经在局部实施的视频监控以视频记录和人工监控为主，自成系统，功能单一。人工监控受人类自身生理弱点的限制，存在安全威胁、漏报、监视数据分析困难、人工报警、报警响应时间长等缺点。因此不能及时发现、处理安全威胁。 （3）存在监控盲区 监狱系统中所采用的视频监控系统、报警系统以及门禁系统等都是基于有线通信，这就使得一些不便于布线的区域成为了安防监测的盲区，另外，一成不变的监测区域也给犯罪分子以可乘之机。 （4）原有系统主要针对固定场所而设置的防卫，监控场所发生变化时不能随应用场所变化而改变。
光功率计操作规程 编制： 审核： 批准：山西新太阳科技有限公司
光功率计操作规程 一、概述 本仪器测量精度高，稳定可靠。是一种智能化的、高性能的通用光功率计。采用了精确的软件校准技术，可测量不同波长的光功率，具有好的性价比。是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备测量工具。 二．技术条件 2．1 性能指标 a．光波长范围： 850 ～ 1550 nm b．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBm c．显示分辨率： 0.01 dB d．准确度：± 5％（－70 ～＋3 dBm ） 非线性：≤ 4％（－70 ～＋3 dBm ） e．环境条件： 工作温度 0 ～ 55℃ 工作湿度≤ 85％ f．电源： AC 220伏／50Hz ±10％ 2．基本功能 a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）;
b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校准; 三．原理 光功率计由五部分组成, 即光探測器、程控放大器和程控滤波器、A/D转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。 A／D变换器 P I N I／V 程控放大器和滤波器 C P U 控制面板和显示器 被測光由PIN光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令（通过CPU）控制各部分完成指定工作。不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。四．使用 4．1 面板说明
密级一般 分类号TP393硕士学位论文 作者：杨朋伟 指导教师：侯宏录教授 申请学位学科： 2009年4月20日 XI’ANTECHNOLOGICAL UNIVERSITY 基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计 测试计量技术及仪器 题目:
基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计 学科：测试计量技术及仪器 研究生签字： 指导教师签字： 摘要 Zigbee无线传感器网络技术是一种全新的短距离无线通信技术，广泛应用于智能控制、无线监控及环境监测等领域。目前，对于Zigbee无线传感器网络技术的应用还存在诸多问题，本文重点对无线传感器网络时间同步算法、低功耗系统设计开展深入研究。 1.对Zigbee无线传感器网络时间同步算法进行了全面分析研究,从降低同步开销和关键路径长度的角度出发，提出了两种应用于不同环境下的时间同步算法。1）当网络规模较小时，采用二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法，该算法通过构造二层拓扑结构和时延估计的方法实现了ms级的时间同步精度.降低了时间同步开销；2）当网络规模较大时，采用多跳传感器网络时间同步算法，该算法通过构造较优拓扑结构和累计时延估计的办法降低了时间同步开销及关键路径长度。 2.通过对Zigbee协议栈的研究及分析，从低功耗设计的角度出发，完成了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统设计。主要内容包括如下几个方面： 1）完成了Zigbee无线网络节点的电路设计及相关应用电路设计，在此基础上，应用IAR7.20H开发平台完成了Zigbee无线网络节点的功能软件设计。 2）使用TI公司的CC2430芯片完成了Zigbee节点点对点无线通信的设计及Zigbee 简单网络节点通信设计。 3）完成了多路传感器数据采集接口的设计及Zigbee无线网络监控管理软件设计。 4）研究了无线网络节点功能软件的低功耗设计方法。 5）搭建了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统，对其进行了调试和实验，结果表明该系统在70m范围内工作稳定，误码率较低，时间同步精度较高，能够满足工业环境下的参数远程监控。 关键词：数据采集及传输；低功耗；无线传感器网络；时间同步算法；Zigbee
ON/OFF 为关闭或接通电源入/Select 按键一次则显示另一个设置波长,设置波长可往复顺序循环。 W/dBm 主机开机后以dBm为单位显示,按键后在W和dBm 之间转换。 Ref 按Ref键,将测量值转换成相对差值以dB为单位显示。 ... 光功率计的使用要和光源配合使用，要想知道光源发出的光是多少个DB,就用一条尾纤的A端链接光源B端连接光功率计计，显示在光功率计的数值，就是光源发出的光是多少个DB，一般光源发出的光是7个DB左右。 值得注意的是光源和光功率计要选择同样的波长测试，例如：光源选择的是1310nm,光功率计要选择同样的。 但若要光缆发生故障时，因设备还在发光，一般不要用OTDR测试，需要注意设备与OTDR发出的同样的光，有可能把设备或者OTDR毁坏，要用光功率计测试，OTDR一般测试备用纤芯，因为主要还要看在用纤芯的好坏，就需要先把一条尾纤连接光功率计与在用纤芯，看是否能受到光，收到光是多少个DB。 一般基站小于36DB或者更小，就达到最大值了，若是一般的直放站就要10个DB左右。 若是监控、光纤上网等一般需要数据的，还要更小，因为怕丢数据。 如果购买光源光功率计的话，建议购买3M的。 光功率计使用说明书 一、概述 本仪器测量精度高，稳定可靠。是一种智能化的、高性能的通用光功率计。采用了精确的软件校准 技术，可测量不同波长的光功率，具有好的性价比。是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通 信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备测量工具。 二．技术条件 2．1 性能指标 a．光波长范围： 850 ～1550 nm b．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBm c．显示分辨率： 0.01 dB d．准确度： ±5％（－70 ～＋3 dBm ） 非线性：≤ 4％（－70 ～＋3 dBm ） e．环境条件： 工作温度 0 ～55℃ 工作湿度≤ 85％ f．电源： AC 220伏／50Hz ±10％ 2．基本功能 a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）; b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量 处理, 波长校准; 三．原理
一前言 1.1 数据采集系统简介 数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。该数据采集系统是一种基于TLC549模数转换芯片和单片机的设备，可以把ADC采集的电压信号转换为数字信号，经过微处理器的简单处理而交予数码管实现电压显示功能，并且通过与PC的连接可以实现计算机更加直观化显示。 1.2 数据采集系统的研究意义和应用 在计算机广泛应用的今天，数据采集的在多个领域有着十分重要的应用。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。利用串行或红外通信方式，实现对移动数据采集器的应用软件升级，通过制订上位机(PC)与移动数据采集器的通信协议,实现两者之间阻塞式通信交互过程。在工业、工程、生产车间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。例如：在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D 卡以及422、485等总线板卡。卫星数据采集系统是利用航天遥测、遥控、遥监等技术，对航天器远地点进行各种监测，并根据需求进行自动采集，经过卫星传输到数据中心处理后，送给用户使用的应用系统。 1.3 系统的主要研究内容和目的 本课题研究内容主要包括：TLC549的工作时序控制，常用的单片机编辑Ｃ语言，VB 串口通信COMM控件、VB画图控件的运用等。 本课题研究目的主要是设计一个把TLC549（ADC）采集的模拟电压转换成八位二进制数字数据，并把该数据传给单片机，在单片机的控制下在实验板的数码管上实时显示电压值并且与计算机上运行的软件示波器连接，实现电压数据的发送和接收功能。
Li-Air无人机激光雷达扫描系统 Li-Air无人机激光雷达扫描系统可以实时、动态、大量采集空间点云信息。根据用户不同应用需求可以选择多旋翼无人机、无人直升机和固定翼无人机平台，可快速获取高密度、高精度的激光雷达点云数据。 硬件设备 Li-Air无人机激光雷达系统可搭载多种类型扫描仪，包括Riegl, Optech, MDL, Velodyne等，同时集成GPS、IMU和自主研发的控制平台。 图1扫描仪、GPS、IMU、控制平台 无人机激光雷达扫描系统设备参数见表格1： 表格 1 Li-Air无人机激光雷达扫描系统 图2 八旋翼无人机激光雷达系统图3 固定翼无人机激光雷达系统 设备检校
公司提供完善的设备检较系统，在设备使用过程中，定期对系统的各个组件进行重新标定，以保证所采集数据的精度。 图1扫描仪检校前（左）扫描仪检校后（中）检校前后叠加图（右） 图4（左）为检校前扫描线：不连续且有异常抖动；图4（中）为检校后扫描线：数据连续且平滑变化；图4（右）为检校前后叠加图，红线标记的部分检校效果对比明显。 图5从左至右依次为校正前（侧视图）、校正后（侧视图）、叠加效果图图5（左）为检校前扫描线：不在同一平面；图4（中）为检校后扫描线：在同一平面；图4（右）为检校前后叠加图。 成熟的飞控团队 公司拥有成熟的软硬件团队以及经验丰富的飞控手，保证数据质量以及设备的安全性，大大节约了外业成本和时间。
图6无人机激光雷达系统以及影像系统 完善的数据预处理软件 公司自主研发的无人机系统配备有成套的激光雷达数据预处理软件Li-Air，该软件可对无人机实时传回的激光雷达数据进行航迹解算、数据生成、可视化等。 图7 Li-Air数据预处理功能 成功案例 2014年7月，本公司利用Li-Air无人机激光雷达扫描系统进行中关村软件园园区扫描项目，采集园区高清点云以及影像数据。飞行高度200m，点云密度约50点/平方米，影像地面分辨率为5cm。通过POS数据解算，完成对点云和影像数据的整合，得到地形信息和DOM等。
光功率计使用说明
ON/OFF 为关闭或接通电源入/Select 按键一次则显示另一个设置波长,设置波长可往复顺序循环。 W/dBm 主机开机后以dBm为单位显示,按键后在W和dBm 之间转换。 Ref 按Ref键,将测量值转换成相对差值以dB为单位显示。 ... 光功率计的使用要和光源配合使用，要想知道光源发出的光是多少个DB,就用一条尾纤的A端链接光源B端连接光功率计计，显示在光功率计的数值，就是光源发出的光是多少个DB，一般光源发出的光是7个DB左右。 值得注意的是光源和光功率计要选择同样的波长测试，例如：光源选择的是1310nm,光功率计要选择同样的。 但若要光缆发生故障时，因设备还在发光，一般不要用OTDR测试，需要注意设备与OTDR发出的同样的光，有可能把设备或者OTDR毁坏，要用光功率计测试，OTDR一般测试备用纤芯，因为主要还要看在用纤芯的好坏，就需要先把一条尾纤连接光功率计与在用纤芯，看是否能受到光，收到光是多少个DB。 一般基站小于36DB或者更小，就达到最大值了，若是一般的直放站就要10个DB左右。 若是监控、光纤上网等一般需要数据的，还要更小，因为怕丢数据。 如果购买光源光功率计的话，建议购买3M的。 光功率计使用说明书 一、概述 本仪器测量精度高，稳定可靠。是一种智能化的、高性能的通用光功率计。采用了精确的软件校准 技术，可测量不同波长的光功率，具有好的性价比。是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通 信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备测量工具。 二．技术条件 2．1 性能指标 a．光波长范围： 850 ～1550 nm b．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBm c．显示分辨率： 0.01 dB d．准确度： ±5％（－70 ～＋3 dBm ） 非线性：≤ 4％（－70 ～＋3 dBm ） e．环境条件： 工作温度 0 ～55℃ 工作湿度≤ 85％ f．电源： AC 220伏／50Hz ±10％ 2．基本功能 a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）; b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量 处理, 波长校准;
湖南工业大学科技学院 毕业设计（论文）开题报告 （2012届） 教学部：机电信息工程教学部 专业：电子信息工程 学生姓名：肖红杰 班级： 0801 学号 0812140106 指导教师姓名：杨韬仪职称讲师 2011年12 月10 日
题目：基于单片机的数据采集系统的控制器设计 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。 近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。 随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的 A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。 数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。 在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量
1.概论： 无人机，即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别宜于执行危险性大的任务，因此被广泛应用。 二、无人机的特点及技术要求 无人机没有飞行员，其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此，无人机具有以下特点: （1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提高飞行性能和降低研制难度。 （2）安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性，保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。 （3）性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用，从而突破了有人在机的危险，保证了飞行的安全性。 （4）一机多用，稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。
（5）采用成熟的发动机和主要机载设备，以减少研制风险与经费投入，加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。 （6）研制综合训练系统。技术要求有: （1）信息技术包括信息的收集和融合，信息的评估和表达，防御性的信息战、自动目标确定和识别等； （2）设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等； （3）性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。 三、无人机系统按照功能划分，主要包括四部分: （1）飞行器系统 包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。 （2）数据链系统 包括：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。 （3）任务设备系统 包括：为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。
光功率计使用说明书 一、概述 本仪器测量精度高，稳定可靠。是一种智能化的、高性能的通用光功率计。采用了精确的软件校准技术，可测量不同波长的光功率，具有好的性价比。是光电器件、光无源器件、光纤、光缆、光纤通信设备的测量，以及光纤通信系统工程建設和维护的必备测量工具。 二．技术条件 2．1 性能指标 a．光波长范围：850 ～1550 nm b．光功率测量范围：－70 ～＋10 dBm c．显示分辨率：0.01 dB d．准确度：±5％（－70 ～＋3 dBm ）非线性：≤4％（－70 ～＋3 dBm ）e．环境条件： 工作温度0 ～55℃ 工作湿度≤85％ f．电源：AC 220伏／50Hz ±10％ 2．基本功能
a．显示方式：线性（mw/μw/ nw），对数（dBm）、相对測量（dB）; b．自动功能：自动量程，自动调零，量程保持，平均处理，相对测量处理, 波长校准; 三．原理 光功率计由五部分组成, 即光探測器、程控放大器和程控滤波器、A/D转换器、微处理器以及控制面板与数码显示器。 A／D变换器 P I N I／V 程控放大器和滤波器 C P U 控制面板和显示器 被測光由PIN光探测器检测转换为光电流，由后续斩波稳定程控放大器将电流信号转换成电压信号，即实现I／V转换并放大，经程控滤波器滤除斩波附加分量及干扰信号后，送至A／D 转换器，变成相应于输入光功率电平的数字信号，由微处理器（CPU）进行数据处理，再由数码显示器显示其数据。CPU可根据注入光功率的大小自动设置量程状态和滤波器状态，同时，可由面板输入指令（通过CPU）控制各部分完成指定工作。不注入光的情况下，可指令仪器自动调零。 四．使用
内部编号：AN-QP-HT203 版本/ 修改状态：01 / 00 When Carrying Out Various Production T asks, We Should Constantly Improve Product Quality, Ensure Safe Production, Conduct Economic Accounting At The Same Time, And Win More Business Opportunities By Reducing Product Cost, So As T o Realize The Overall Management Of Safe Production. 编辑：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 客运线路安全信息智能管理系统材料 通用范本
客运线路安全信息智能管理系统材料通 用范本 使用指引：本安全管理文件可用于贯彻执行各项生产任务时，不断提高产品质量，保证安全生产，同时进行经济核算，通过降低产品成本来赢得更多商业机会，最终实现对安全生产工作全面管理。资料下载后可以进行自定义修改，可按照所需进行删减和使用。 近年来，绍兴市汽车运输集团有限公司为不断加强行车安全管路，减少事故发生概率，保障人民生命财产安全，按照“用科技管理、用知识管安全”的安全管理理念，不断加大科技投入，创新科技安全手段，实施了五大科技管安全、五大机制保安全的工作方案，并取得了良好的社会效果和经济效益。同时为不断创新、深化科技安管手段，发挥科技安全手段的最大效能，根据交通运输部、公安部、国家安监总局颁布的《道路旅客运输企业安全管理规范（试行）》第四十四条：“道路旅客运输企
基于DSP的低功耗高速数据采集系统设计 随着电子技术的发展及新器件的不断涌现，电子系统在手持设备、便携 医疗仪器以及野外测试仪器等领域得到了广泛的应用。在这些领域的应用中， 由于客观条件的限制，通常采用电池或蓄电池为仪器设备提供电源。在这种情 况下，如要实现系统长时间工作，必然对仪器设备系统功耗的要求较高，因此 低功耗系统的设计在这些应用领域中得到广泛重视。 1 TMS320VC5509 简介 TMS320VC5509（以下简称VC5509）是德州仪器（TI）公司针对低功耗应用领域推出的一款低功耗高性能DSP，采用1.6V 的核心电压以及3.3V 的外围接口电压，最低可支持0.9V 的核心电压以0.05mW/MIP 的低功耗运行。 VC5509 支持丰富的外设接口，最高支持144MHz 的时钟频率，片内具有双乘累加器，每周期可执行一条指令或两条并行指令，具有高达288MIPS 的处理能力。VC5509 内部存储器采用统一编址，带有128K 字RAM，其中包括32K 字双存取RAM（DARAM）以及96K 字单存取RAM（SARAM），另外还有 64KB 片内只读ROM，并可以实现高达4MB 的外部存储空间扩展，是一款具 有较高性价比的低功耗DSP 芯片。VC5509 的结构框图如图1 所示。 2 系统设计与实现 本系统要求实现四通道同步采样，每通道采样频率为50kHz，系统供电为 +5V，全速运行时整体功耗低于250mW。针对这些技术指标，本系统以低功耗DSP 芯片TMS320VC5509 为核心，采用串行EEPROM 作为程序存储器，选用四片微功耗12 位ADC 实现四个通道模拟信号的同步采集。系统中设计铁电存储器（FRAM）作为掉电保护数据存储器，并设计一个异步串口实现与外部系 统的通讯。系统原理框图如图2 所示。在保证实现系统功能的前提下，本系统
无人机的城市可视化管理系统技术方案书
目录 1. 项目背景............................................................................................................................... - 1 - 2. 系统结构............................................................................................................................... - 2 - 2.1硬件系统......................................................................................................................... - 3 - 2.1.1 巡检无人机......................................................................................................... - 3 - 2.2软件系统 (6) 2.2.1 账户注册、登录...................................................................... 错误!未定义书签。 3. 售后及运维......................................................................................................................... - 14 - 4. 相关案例............................................................................................................................. - 14 - 5. 公司介绍.................................................................................................... 错误!未定义书签。
光功率计 用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的，非常像电子学中的万用表。在光纤测量中，光功率计是重负荷常用表。，通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。 针对用户的具体应用，要选择适合的光功率计，应该关注以下各点： １、选择最优的探头类型和接口类型 ２、评价校准精度和制造校准程序，与你的光纤和接头要求范围相匹配。 ３、确定这些型号与你的测量范围和显示分辨率相一致。 ４、具备直接插入损耗测量的 dB功能。 光功率的单位是dbm,在光纤收发器或交换机的说明书中有它的发光和接收光功率,通常发光小于0dbm,接收端能够接收的最小光功率称为灵敏度,能接收的最大光功率减去灵敏度的值的单位是db(dbm-dbm=db),称为动态 范围,发光功率减去接收灵敏度是允许的光纤衰耗值.测试时实际的发光功率减去实际接收到的光功率的值就是光纤衰耗(db).接收端接收到的光功 率最佳值是能接收的最大光功率-(动态范围/2),但一般不会这样好.由于每种光收发器和光模块的动态范围不一样,所以光纤具体能够允许衰耗多 少要看实际情形.一般来说允许的衰耗为15-30db左右. 有的说明书会只有发光功率和传输距离两个参数,有时会说明以每公 里光纤衰耗多少算出的传输距离,大多是0.5db/km.用最小传输距离除以0. 5,就是能接收的最大光功率,如果接收的光功率高于这个值,光收发器可能会被烧坏.用最大传输距离除以0.5,就是灵敏度,如果接收的光功率低于这个值,链路可能会不通. 光纤的连接有两种方式,一种是固定连接一种是活动连接,固定连接就是熔接,是用专用设备通过放电,将光纤熔化使两段光纤连接在一起,优点 是衰耗小,缺点是*作复杂灵活性差.活动连接是通过连接器,通常在ODF上连接尾纤,优点是*作简单灵活性好缺点是衰耗大,一般说来一个活动连接 的衰耗相当于一公里光纤.光纤的衰耗可以这样估算:包括固定和活动连接,每公里光纤衰耗0.5db,如果活动连接相当少,这个值可以为0.4db,单纯光纤不包括活动连接,可以减少至0.3db,理论值纯光纤为0.2db/km;为保险计大多数情况下以0.5为好. 光纤测试TX与RX必须分别测试,在单纤情况下由于仅使用一纤所以当然只需测试一次.单纤的实现原理据生产公司讲是波分复用,但本人认为使用光纤耦合器的可能性更高
基于M BUS 的超低功耗数据采集系统 ■太原科技大学 刘立群 孙志毅 摘 要 介绍一种基于超低功耗单片机的数据采集系统的设计与实现;具体阐述该系统的工作原理、主要特点、总 体设计、硬件电路和软件流程设计。该系统以TI 公司的16位Flash 型MSP430Fx44x 系列单片机为核心,以根据韦根德效应制成的零功耗磁敏传感器作为采集前端,选用M BUS 总线进行数据传输,适用于远传抄表的数据采集。 关键词 超低功耗 数据采集 单片机 M BUS 总线 引 言 随着社会的迅速发展,智能小区逐渐进入人们的生活,而自动抄表系统是智能小区的重要功能之一。在水、 电、气管理方面,采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,减少因估计或誊写而造成帐单出错的现象,使水、电、气管理部门能及时准确获得数据信息。另外用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间,还能迅速查询帐单,所以这种技术越来越受到用户欢迎。 针对目前市场上自动抄表系统价格不菲的现状,设计一种由零功耗磁敏传感器产生脉冲信号,利用MSP430系列超低功耗单片机的捕获功能捕获信号的数据采集系统。该采集系统价格相对低廉,性能可靠,适用于水、煤气、电表的远传采集;数据传输总线选用M BUS ,传输速度快、距离远、可靠性高。 1 工作原理 该数据采集系统是对传统电表、水表、气表抄表系统加以改进,使其适合远传抄表。以普通的煤气表为例,选择在基表最后一级齿轮处加一磁铁(不算显示部分的逐级传递齿轮)。该级齿轮每转1圈,都要拨动显示部分的逐级传递齿轮8次,而每拨1次是0.001m 3,所以,该级齿轮每转1圈,共计0.008m 3的煤气。也就是最后一级齿轮每转125圈,即拨动显示部分的逐级传递齿轮1000次,煤气表的显示部分的计数为1m 3。而当小磁铁经过零功耗磁敏传感器表面时产生脉冲信号,利用MSP430单片机的捕获功能捕获到信号,引起中断,数据存储区地址1自加 1;若加到150,地址2自加1,地址1清零。存储区地址2 中的数据就是煤气表基表的数据。当总线要求单片机传 输数据时,单片机先确定是否可以传输数据。若可以,将地址2中的数据写入发送缓存,一位位地将数据发送出去;若不可以,等单片机空闲时再发送数据。 2 主要特点 该数据采集系统主要具有以下特点: ①采用零功耗磁敏传感器作为采集前端,工作时无须使用外加电源,且无触点、耐腐蚀、防水,寿命很长。 ②采用MSP430系列单片机中的MSP430F449作为数据处理芯片,性能优良,价格低廉。 ③采用M BUS (Meter BUS )总线进行数据传输,传输距离远,速度快,可靠性高。 ④采集电路功耗很低,可采用锂电池供电或采用M BUS 总线供电。 3 数据采集系统的软硬件设计 3.1 设备选型 选用的TI 公司16位Flash 型MSP430系列超低功耗类型的单片机,特别适合于电池应用的场合或手持设备。在超低功耗方面,该单片机能够实现在1.8～3.6V 电压、1M Hz 的时钟条件下,耗电电流在0.1～400μA 之间;在片内外设方面,含有P0～P6七个I/O 口、2个定时器(Timer _A 、Timer _B )、1个看门狗、内部集成2K B 的ROM 和60K B 的RAM ,可10万次重复编程;MSP430系列单片机均为工业级的产品,运行环境温度为-40～+85℃;在价格方面,MSP430系列单片机一般只有几十元。总之,MSP430系列单片机的性价比不错,完全能够满足系统开发的需要。