1、無源照度感應器(詳細設計說明書) V1.0(版本號)編寫人： 編寫日期：2011年08月09 目 錄1引言31.1編寫目的31.2背景31.3名詞定義31.4參考資料32硬件設計32.1功能32.2性能42.3輸入42.4輸出52.5電路模塊設計8光感信號模塊8模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8光照范圍選擇電路10無線模塊12光能供電模塊142.6各個模塊之間的關系圖142.7無源照度感應器完整電路圖151 引言 1.1 編寫目的 編寫本說明書的目的主要是確認設計需求，列出設計各模塊需要達到的功能。預期讀者設計開發(fā)人員，質(zhì)檢人員等。1.2 背景 模塊名稱:無源照度感應器任務提出者：英泰力科技有限公司開發(fā)者：英泰力

2、科技有限公司1.3 名詞定義 P90時間：設備充電到90%100%能量存儲時，在完全黑暗（0lux）的條件下正常工作的時間。4/200時間：在平均光照強度為200lux的光照條件下，連續(xù)照射4小時后，能保證裝置在0lux下連續(xù)、穩(wěn)定工作的最小時間。6/120時間：在平均光照強度為120lux的光照條件下，連續(xù)照射6小時后，能保證裝置在0lux下連續(xù)、穩(wěn)定工作的最小時間。Lux_min：能正常連續(xù)工作的最低光照強度。1.4 參考資料 STM_300_User_Manual_V1.25_02.pdfEnOcean_Equipment_Profiles_EEP2.12 硬件設計2.1 功能1光照強度

3、感應功能：能自動檢測工作環(huán)境的光照強度，并以無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)。 2光能供電功能：當光照強度大于100lx的時候，太陽能板將光能轉(zhuǎn)換的電能供給電路使用，同時對儲能元件充電。3無線發(fā)送功能：將探測信號以無線數(shù)據(jù)的形式發(fā)送出去，供接收器接收使用。也可用于發(fā)送學習數(shù)據(jù)包，或定時發(fā)送存在數(shù)據(jù)包；所發(fā)數(shù)據(jù)包的格式應符合 EnOcean EEP 2.0規(guī)范。5具有學習時用手動發(fā)送信號的學習按鍵；6具有用于指示發(fā)送無線信號的指示燈。2.2 性能1. 無線工作頻率868.3MHz；2. 無線信號發(fā)射功率10mW； 3. 室外空曠傳輸距離80m，室內(nèi)傳輸距離：30m；4.在照度為400lx時，5分鐘之內(nèi)開始工作；

4、5.P90時間為96小時；6.4/200時間：24小時；7. 6/120時間：24小時；8. Lux_min：30lux9.靈敏度：感應器可以探測的最小光照變化為2lux (0510lux范圍時)。10.感應的光照度范圍為室內(nèi)型：0510lux；01020lux；室外型：30030000lux；60060000lux；11.平均無故障時間（MTBF）為80,000小時。12.機械強度滿足成都英泰力科技有限公司企業(yè)標準中的要求；13.電磁兼容性滿足成都英泰力科技有限公司企業(yè)標準4.7中的要求。2.3 輸入1、光照強度信號；2、按鍵信號；3、光能輸入。2.4 輸出符合 EnOcean EEP 2.

5、0規(guī)范的通信數(shù)據(jù)包的無線信號，包括：1、每隔1000秒發(fā)送一次采集的光照度信息；2、當按下發(fā)射按鍵時，立即發(fā)送發(fā)送一次數(shù)據(jù)包；學習數(shù)據(jù)包的格式如下表所示：照度感應器學習數(shù)據(jù)包格式表：A5（同步字節(jié)1）5A（同步字節(jié)0）06（數(shù)據(jù)包頭識別）數(shù)據(jù)的類型室外型：01室內(nèi)型：02FF（數(shù)據(jù)字節(jié)3）AD_2FF（數(shù)據(jù)字節(jié)2）AD_1FF（數(shù)據(jù)字節(jié)1）AD_0FF（數(shù)據(jù)字節(jié)0）DI_7_0ID_3（地址字節(jié)3）ID_2（地址字節(jié)2）ID_1（地址字節(jié)1）ID_0（地址字節(jié)0）00（狀態(tài)字節(jié)）校驗DI_0=0,選中AD_0：照度輸入范圍, 0-1020 lux/600-60k lux;由撥位開關設置。輸出0

6、x0A。DI_0=1,選中AD_1：照度輸入范圍, 0-510 lux/300-30k lux;由撥位開關設置。輸出0x0B。 2.5 電路模塊設計1、光感信號采集模塊；2、A/D轉(zhuǎn)換模塊；3、光感應范圍選擇電路；4、光感輸入選擇電路；5、無線模塊；6、光能供電模塊。2.5.1 光感信號模塊光感信號模塊的功能是采集工作環(huán)境的光照強度信號，并將采集的光照強度信號轉(zhuǎn)換為電信號。采用線性光敏二極管采集光照強度信號，通過運算放大器將微弱的光照強度信號放大到符合要求范圍的電壓信號。圖2.1為把光照強度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號的電路圖：圖2.1 光照強度電壓轉(zhuǎn)換電路光電轉(zhuǎn)換電路由線性光敏二極管VTB8440B和

7、電阻R9,R10,電容C4組成， OPA364IDVBT將光照強度電壓信號放大后由管腳1輸出至STM300的模擬信號輸入引腳AD_0和_AD_1。2.5.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用STM300內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換模塊。只需在STM300的A/D轉(zhuǎn)換輸入端輸入符合要求的溫度/電壓值即可。2.5.3 光照范圍及選擇電路1. 本光照感應器分為室內(nèi)型和室外型；測量范圍分別是：室內(nèi)型：0510lux；01020lux；室外型：30030000lux；60060000lux；2. 范圍選擇電路的功能為選擇光照度感應器的測量范圍。可以通過撥位開關進行選擇。光照范圍選擇電路如圖2.4所示：圖2.4 光照

8、范圍選擇電路圖2.5.4 無線模塊無線模塊用于發(fā)送無線數(shù)據(jù)，當按鍵被按下時立即發(fā)送一次數(shù)據(jù)包；.數(shù)據(jù)包的格式和內(nèi)容分別如表2.1所示（見2.4輸出章節(jié)）。無線模塊由Enocean芯片STM300及其外圍電路構成，如圖2.6所示：圖2.6 無線模塊電路圖在圖2.6中，電源VCC_300接入STM300的VDD和VDDLIM管腳，其中VDD為芯片供電管腳，VDDLIM在電源電壓高于4.5V的時候，開始吸收電流，起到穩(wěn)壓的效果，最大吸收電流為50mA。J1主要作用是連接STM300與電腦之間進行通信，配置STM300數(shù)據(jù)發(fā)送時間間隔等相關信息。接口尺寸：間距1.27mm的雙排排針。R6給WAKE0管

9、腳提供上拉電壓。WAKE0管腳為STM300的觸發(fā)管腳，當WAKE0電壓跳變的時候，芯片將向外發(fā)送無線信號。AD_02，DI_03分別分為STM300的模擬和數(shù)字輸入口。在本電路中DI_0用于選擇輸入端口AD_0，AD_1。STM300的LED管腳接發(fā)光二極管指示燈D3，STM300發(fā)送數(shù)據(jù)時，指示燈會閃爍指示。T2為外接天線接口，外接特性阻抗300鞭狀天線。2.5.5 光能供電模塊光能供電模塊實現(xiàn)光能轉(zhuǎn)換為電能的功能，并將轉(zhuǎn)換后的電能儲存在法拉電容之中，使用一個大容量的法拉電容存儲電路工作所需電能，同時使用一個較低容值電容(如470uF)用于存儲快速工作所需的電能。串聯(lián)二極管隔離來自電路的干

10、擾。圖2.7 光能供電模塊上圖中，B1為太陽能板與電路接口，來自太陽能板的電能經(jīng)二極管D1隔離再給電容C2充電，C2大小為470uF。若法拉電容的電壓低于電路工作電壓，在有光照的情況下，C2將首先充電，當電壓達到2.7V左右的時候，電路即可工作，C2充電所需電量小，充電速度快，可以實現(xiàn)快速工作功能。復位芯片MAX6347UR-31（U1），在電路中的作用是用來控制法拉電容充電，配合C2實現(xiàn)快速充電功能。在充電過程中，當法拉電容C1的電壓低于復位芯片的復位電壓時（3.1V），C2首先充電，當C2的電壓大于3.1V的時候，U1的第2管腳變?yōu)榈碗娖讲⒀訒r100ms，Q2導通，太陽能板給法拉電容C1充

11、電；當法拉電容電壓高于4.5V時，多余的電壓會通過D4被STM300釋放掉； 電路中，Q1為P溝道MOS管，法拉電容同時使用0.33F的電容。D2起到隔離來自電路中干擾的作用。太陽能板采用一塊EnOcean ECS-300，其在不同光照下的開路電壓與短路電流如下表所示：表1太陽能板開路電壓和短路電流光照強度（lx）301001202003004005006008001000開路電壓（V）3.704.134.244.344.524.584.664.714.804.86短路電流（uA）1.03.24.26.18.211.614.317.623.128.61庫侖=1安培·秒 1安培的電流1

12、秒攜帶的電量1F=Q/V 單位電壓可存儲的電荷量STM300-Supply voltage 2.1 V 4.5 V;電路靜態(tài)工作電流如下表所示：表2靜態(tài)工作電流法拉電容電壓（V）2.452.653.13.54.04.2靜態(tài)工作電流（uA）0.480.620.71.181.383.35注：在上表2.9中，2.45V為STM300最低工作電電壓，2.65V為STM300工作啟動電壓。快速充電時間Tq(s)：快速充電時間即容量為470uF的電容從0V充至3.1V電路啟動工作的時間，計算方法為：Tq=Q1/Q2(s)；Tq為快速充電時間，單位s；Q1為470uF電容從0V充至3.1V所需電量，單位uC；Q1=470(uF)*3.1(V)=1457(uC);Q2為太陽能板每秒能提供的電量,單位uC；Q2的值如下表所示：表3 不同光照下的Q2取值及快速充電時間光照強度(lux)2003005001000 Q2(uC)太陽能板每秒能提供的電量6.18.214.328.6Tq(s)快速充電時間（秒）23917810251法拉電容充電時間Tc（h）：法拉電容33000uF的電容從0V充至4.5V所需電量： Q1=33000 (uF)*4.5(V)=1485000(uC);消耗電流：平均1.5uA表4：不同光照下的Q2取值及法拉電容33000uF的電容從0V充至4.2V充電時間光照強度(lu