作者 吳紹聰 許路 上海大學(上海 20072)

　　*2017“羅姆杯”上海大學大學生創(chuàng)新設計大賽最佳創(chuàng)意獎

摘要： 以搭載羅姆小無線的驅鼠器為基礎，綜述了小無線設備在農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應用優(yōu)勢，重點介紹了基于ML7345C的超聲波驅鼠設備的遙控方案。

1 驅鼠物聯(lián)網(wǎng)設計

　　驅鼠物聯(lián)網(wǎng)主要由三層組成，上層為監(jiān)控、控制中心;中層為小無線傳輸網(wǎng)絡，負責上下層信息來往;下層為驅鼠執(zhí)行裝置，直接負責物理驅鼠。

　　驅鼠器主要由六個部分構成：控制單元、電源管理、超聲波逆變電路、驅鼠喇叭和物聯(lián)網(wǎng)無線通訊模塊。

　　控制單元主要為LAPIS的ML620Q504H單片機，這款16位的微功耗控制器有著豐富且功能強大的外設功能，能出色地完成整個系統(tǒng)的控制任務。程序主要負責協(xié)調各部分的模塊工作，一是對電源系統(tǒng)進行管理控制，由于其他模塊需要單片機進行控制工作，所以控制單元先行上電，在這里利用MCU控制繼電器，進而控制給其他模塊上電，控制單元還設置有保護機制，當發(fā)生過壓或過流時，保護斷電、防止程序跑飛使用MCU的內部看門狗等;二是利用MCU內部高性能的PWM發(fā)生器產(chǎn)生互補的PWM驅動信號，通過在中斷中改變PWM模塊內部寄存器的值，然后在不同的周期輸出不同占空比的控制波形，通過后級驅動電路控制橋臂，同時，在這里利用軟件內部給互補的PWM波形加上死區(qū)時間來保護，防止出現(xiàn)直通;三是通過UART與無線通信模塊進行信息交互，設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，利用外部中斷響應模塊要求，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處理，將要發(fā)送數(shù)據(jù)存儲至緩沖區(qū)后，進行發(fā)送操作，先拉低無線模塊的喚醒腳，激活無線模塊，然后將系統(tǒng)采集信息(電壓電流溫度等)通過小無線傳至上位機。原理圖如圖2所示。

　　電源管理模塊提供24 V、5 V雙路獨立電源，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撲，如圖3所示。選擇羅姆公司低通態(tài)電阻MOSFET管 RSD200N05 以減小功率器件開關損耗，IR2110為MOSFET專用驅動芯片。

　　逆變電路選用指定諧波消除法來生成正弦波^[2]，指定諧波消除法通過式(1)對單極性指定諧波消除法輸出波形進行傅里葉展開，再通過式(2)中對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行化簡后得出各個諧波的計算公式，在此次單極性調制中，消除3、5、7、9次諧波，即令A₃、A₅、A₇、A₉等于0，計算出對應5個開關角a₁=23.1019、a₃=33.7381、a₅=47.7118、a₇=68.4834、a₉=76.4669，按照開關角來驅動MOS管，這樣可以將輸出諧波推向11次，再由后級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)無線通訊模塊采用羅姆公司GSMD-7345C模塊，ML7345C模塊運行功耗低、傳輸距離遠，通過UART串口與控制單元連接，負責信息中轉。

　　驅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

　　該驅鼠器借由ML7345模塊，模塊搭載著ML7345C芯片，加上外圍電路，能夠長距離進行無線通信。模塊采用主流的GFSK調制，窄帶載波，抗干擾能力強，模塊接口采用串口通信，其工作模式分為兩種：待機模式和工作模式，待機模式為低功耗模式，需進行喚醒轉換到工作模式才能正常與其他模塊進行通信，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自動喚醒，一旦模塊內部定時器超時，模塊自動進入到低功耗狀態(tài)，以偵聽的方式查看是否有數(shù)據(jù)接受。模塊通過指令設置模塊參數(shù)，包括4種波特率、25個信道選擇、發(fā)射功率等，設置指令需指定格式以及附加CRC16校驗碼。圖5為接收喚醒流圖。

3 結論

　　物聯(lián)網(wǎng)驅鼠可以成為農區(qū)鼠害的一種有效解決方式，其大功率交變電壓帶動超聲波喇叭，能對鼠類造成嚴重干擾，且十分適用于人煙稀少、地區(qū)開闊的農區(qū)。 加上低功耗、遠距離可傳輸?shù)腗L7345C模塊，可實現(xiàn)遠程遙控、信息采集，構成驅鼠物聯(lián)網(wǎng)，對鼠類進行圍追堵截。

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