從HVAC和工廠自動化到汽車、醫(yī)療和消費類電子產(chǎn)品，無線連接傳感設備的開發(fā)人員一直面臨著快速迭代和成本效益的挑戰(zhàn)，同時還要應對日益增長的法規(guī)、互操作性和性能挑戰(zhàn)。盡管經(jīng)常想從頭開始設計無線傳感器產(chǎn)品以使其在性能和尺寸方面與眾不同，但使用專門的現(xiàn)成套件則會更快且更具成本效益。這些套件設計用于快速原型設計和開發(fā)，并且已建立起生態(tài)系統(tǒng)以提供支持和可擴展性。

Texas Instruments的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是這樣一種平臺。該套件以小巧、緊湊的外形尺寸將無線微控制器 （CC1352R）、傳感器、多個無線接口、相對較高的性能和較低的功耗結(jié)合在一起，同時具有龐大且久經(jīng)考驗的軟件和工具支持生態(tài)系統(tǒng)。

本文說明了無線傳感器產(chǎn)品設計和原型開發(fā)的演變特性，并介紹了CC1352R SensorTag套件及其入門使用方法。

為什么要使用無線傳感器原型設計套件？

無線傳感器設備為設計人員帶來了一個棘手的問題。為了盡可能減少維護，這些器件在更換電池之前至少要在現(xiàn)場持續(xù)工作1到10年。它們還需要具備一定的板載處理和分析能力，因為盡可能接近物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 網(wǎng)絡邊緣來處理和分析數(shù)據(jù)可減少需要交換的數(shù)據(jù)量，這反過來又可降低功耗并更好地利用可用無線帶寬。 無線帶寬存在其自身的問題，因為設計人員必須從多個無線堆棧中進行選擇，包括以亞千兆赫茲 （GHz） 頻率或2.45GHz運行的藍牙、Thread和Zigbee。就如何使用可用帶寬、功耗和處理資源而言，每種協(xié)議都有其自身的優(yōu)缺點。若要從這些協(xié)議中進行選擇，需要就數(shù)據(jù)速率、覆蓋范圍、預期節(jié)點數(shù)、網(wǎng)絡拓撲、延時要求、占空比、功耗、網(wǎng)絡協(xié)議開銷、互操作性和法規(guī)要求方面對應用要求進行仔細分析。 選擇正確的接口進行全新的部署相對容易；但是，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 應用中通常已經(jīng)部署了無線網(wǎng)絡，因此設計人員需要決定是使用同一接口直接連接到其他節(jié)點，還是使用可能更適合該應用的其他接口，然后通過網(wǎng)關將舊接口連接到新接口。 這些都是設計人員需要解決的應用相關決策樹；但是當涉及到概念原型設計和開發(fā)時，很少值得從頭開始設計接口，然后選擇相關的處理器和傳感器，更不用說在軟件開發(fā)和集成方面的時間和資源投資了。誠然，“自己動手”設計可以為大眾市場設計帶來超高產(chǎn)量的好處。但是，在許多情況下，為自己的工廠生產(chǎn)線設計節(jié)點的工程師只需要幾個節(jié)點，即可從某些電動機、生產(chǎn)線的某個點或溫度計獲取數(shù)據(jù)，因此，高產(chǎn)量并不是設計要求。在這種情況下，現(xiàn)成的套件是理想選擇。 如果可能需要更高的產(chǎn)量，則可以使用已經(jīng)過預先認證并符合法規(guī)要求的現(xiàn)成RF模塊。由于這些模塊具有豐富的固件和軟件支持，因此可以加快原型設計的速度，并維持低開發(fā)和部署成本。在這些情況下，設計人員仍然必須將所需的平臺處理器、傳感器以及每個傳感器和其他模塊的關聯(lián)軟件元素拼湊在一起。 當設計人員已經(jīng)知道必須使用的無線接口時，這沒有關系。但是，當仍處于跨多種應用（具有舊式、通常不可互操作的無線接口）進行多種設計的考慮階段時，則需要一種更高集成度、更靈活的方法來進行無線傳感器原型設計和開發(fā)。

SensorTag：全面的無線傳感器原型設計平臺

更好的方法是找到一個現(xiàn)成的平臺，該平臺將支持無線的感測和處理節(jié)點的核心元件與傳感器、軟件和生態(tài)系統(tǒng)集成在一起，以支持設計人員，同時仍然允許在更高的軟件開發(fā)堆棧層級進行探索和差異化。Texas Instruments （TI） 的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是這樣的平臺（圖1）。

圖1：LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件具有設計人員進行無線傳感器應用原型設計和開發(fā)所需的一切功能。

該套件基于TI的CC1352R多頻段無線微控制器 （MCU），圍繞此MCU添加了環(huán)境和運動傳感器以及軟件，全部都在一個可拆卸外殼中，并且附有一根外部sub-1GHz旋轉(zhuǎn)天線、雙線母對母電纜、用于JTAG連接的10針扁平帶狀電纜以及快速入門指南。該套件未包含但建議一起使用的是TI的LAUNCHXL-CC1352R1 SimpleLink多頻段CC1352R無線MCU LaunchPad開發(fā)套件。此外，盡管SensorTag也可以使用可安裝在板背面的專用電池座通過CR2032鈕扣電池來運行，但建議使用兩節(jié)AAA電池。 SensorTag套件的核心是CC1352R多頻段無線MCU（圖2）。這是TI SimpleLink MCU平臺的組成部分，該平臺旨在為安全、低功耗的網(wǎng)絡拓撲提供所有構(gòu)件。

圖2：TI的CC1352R多頻段無線微控制器獲得FCC、CE和IC的認證，可在2.4GHz和sub-1 GHz下實現(xiàn)雙頻運行，并構(gòu)成LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件的核心。

CC1352R微控制器獲得FCC、CE和加拿大工業(yè)部 （IC） 的認證，可在2.4GHz和sub-1 GHz下實現(xiàn)雙頻運行，并支持低功耗藍牙 （BLE）、Thread、Zigbee、智能對象的IPv6低功耗無線個人局域網(wǎng) （6LoWPAN），以及其他基于IEEE802.15.4g物理層 （PHY） 的專有協(xié)議，包括TI的SimpleLink TI 15.4堆棧（sub-1 GHz和2.4GHz）。通過使用動態(tài)多協(xié)議管理器 （DMM），它能夠同時運行多個協(xié)議。 在SimpleLink遠程模式下，無線電接收器的靈敏度為-121dBm（分貝數(shù)基準為1 （mW））；50kbps下為-110dBm；以及125kbps下藍牙靈敏度為-105dBm（具有LE編碼 PHY）。在sub-GHz頻段下，最大發(fā)射功率為+14dBm，其中消耗24.9毫安 （mA） 電流；在2.4GHz下，最大發(fā)射功率為+5dBm，消耗9.6mA電流。該器件的待機電流引人注目，在全RAM保持的情況下為0.85微安 （μA）。它也支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，在105?C下的待機電流為11μA。設計人員可以使用各種待機模式和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 采樣率來優(yōu)化低功耗。例如，可以將ADC設置為1赫茲 （Hz） 的采樣率，此時系統(tǒng)消耗1μA。 CC1352R的中央處理器基于48兆赫茲 （MHz）Arm Cortex-M4F核心，并配備352KB系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、用于協(xié)議和庫函數(shù)的256KBROM，以及8KB高速緩存SRAM。該器件支持無線 （OTA） 升級，并具有AES 128和AES 256加速器。

低BOM優(yōu)化

RF前端設計人員面臨的問題之一是濾波、阻抗匹配和其他功能所需的額外分立無源元器件的數(shù)量。這些增加了BOM并使布局復雜化。為簡化CC1352R的實施，TI與Johanson Technology合作開發(fā)了尺寸為1 x 1.25 x 2毫米 （mm） 的定制集成無源元器件（IPC） 封裝，使元器件數(shù)從23個減少至3個（圖3）。

圖3：為了簡化TI的CC1352R實施，TI與Johanson Technology合作開發(fā)了IPC，將需要的無源元器件數(shù)從23個降至 3 個。

雖然SensorTag套件隨附了四個傳感器，但是如果需要更多或不同的傳感器，則可以使用TI的BoosterPack LaunchPad插件模塊選擇并快速添加它們。SensorTag套件隨附的四個傳感器是：

TI的HDC2080濕度和溫度傳感器

TI的OPT3001環(huán)境光傳感器

TI的DRV5032霍爾效應開關

TI的ADXL362加速計

下圖中顯示了傳感器的布局和連接（圖4）。

圖4：SensorTag套件隨附濕度和溫度、環(huán)境光、加速度和霍爾效應傳感器。

連接器與LaunchPad兼容，因此可以輕松連接傳感器、BoosterPack外設（例如LCD顯示器），甚至定制電路。

LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件入門

要開始使用LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件，請下載SimpleLink CC13x2和CC26x2軟件開發(fā)套件 （SDK）。此版本僅針對修訂版E的器件進行了驗證，因此對于修訂版C或更早的版本，請使用v2.30.00.xx。下載完成后，請轉(zhuǎn)到SimpleLink Academy，其中提供了分步說明和示例。

為了快速獲取樣本數(shù)據(jù)，該套件已通過名為Multi-Sensor的藍牙5（BLE5）項目進行了預編程，此項目通過BLE連接到裝有iOS和Android版本SimpleLink Starter應用的智能手機和平板電腦。通過使用該初始連接，設計人員可以開始查看傳感器數(shù)據(jù)、切換LED、讀取按鈕狀態(tài)，以及使用OTA下載 （OAD） 功能更新固件（圖5）。此時，設計人員還可以將數(shù)據(jù)從移動設備推送到云中。

圖5：設計人員可以通過BLE連接至裝有iOS和Android平臺版本SimpleLink Starter應用的智能手機或平板電腦，開始試用LaunchPad SensorTag套件。

除了BLE，LPSTK還提供了另外兩個示例：一個示例使用LPSTK作為Zigbee燈開關；另一個將其用作802.15.4網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點。SDK中提供了所有三個示例項目，如下所示：

多傳感器：

? 《simplelink_cc13x2_26x2_sdkinstall location》examples tosCC1352R1_LAUNCHXLle5stackmulti_sensor

TI DMM 傳感器節(jié)點：

? CC1352R1_LAUNCHXLdmmdmm_154sensor_remote_display_oad_lpstk_app

Zigbee 開關：

? CC1352R1_LAUNCHXLdmmdmm_zed_switch_remote_display_oad_app

作為SimpleLink和Starter應用的補充，TI提供了SysConfig，這是一個統(tǒng)一的圖形用戶界面 （GUI） 工具，用于為各種SimpleLink SDK組件啟用、配置和生成初始化代碼，包括BLE、Zigbee、Thread和TI-15.4的TI驅(qū)動程序和堆棧配置（圖6）。

圖6：作為SimpleLink的補充，TI的SysConfig是一組易于使用的圖形實用工具，用于配置引腳、外設、無線電、子系統(tǒng)和其他組件。

與任何系統(tǒng)設計一樣，都會需要一定程度的調(diào)試。在此階段，SensorTag設計搭配LaunchPad開發(fā)套件中的板載XDS110調(diào)試器使用（在本例中為前面提到的LAUNCHXL-CC1352R），因此包括Arm 10針JTAG電纜和雙線UART電纜。連接之后，即可進行完整的調(diào)試、編程和UART通信。按照以下步驟連接電纜：

斷開LaunchPad上的隔離跳線

將Arm 10針JTAG電纜連接到LaunchPad SensorTag上的XDS110 OUT針座

將Arm 10針JTAG電纜的另一端連接到LaunchPad SensorTag上的JTAG針座

將兩針跳線連接到RXD和TXD的頂部引腳（灰色線連接至RXD，白色線連接至TXD）

將兩針跳線的另一端連接到LaunchPad SensorTag上的引腳12/RX和13/TX（灰色線連接至12/RX，白色線連接至13/TX）

將LaunchPad連接到PC或筆記本電腦

完整的設置應類似于圖7所示。

圖7：為了進行調(diào)試，需要使用SensorTag套件中隨附的Arm 10針JTAG電纜和兩針UART電纜，將SensorTag連接到LAUNCHXL-CC1352R LaunchPad開發(fā)套件。

值得注意的是，由于正在運行的映像無法自行更新，因此傳入的OAD映像在接收時需要存儲在一個臨時位置。該臨時位置可以預留在內(nèi)部閃存中或片外。在任一情況下，映像下載完成后，就會使用永久駐留在SensorTag設備上的引導映像管理器 （BIM） 來確定新映像是否有效以及是否應予以加載和運行（基于映像標題）。

BIM特別有用，例如允許設計人員在OAD之后還原為原開箱即用的映像。為此，在開機或復位期間按住BTN-1（向左按鈕），然后BIM會恢復為開箱即用的映像（即Multi-Sensor）。

總結(jié)

雖然在實施無線傳感器節(jié)點時有許多無線接口可供選擇，但是開發(fā)人員不必花時間和資源針對每個接口進行原型設計，以查看哪種接口最適合給定的應用。而是通過使用LPSTK-CC1352R SensorTag套件以及關聯(lián)的LaunchPad硬件、軟件和生態(tài)系統(tǒng)，設計人員可以快速輕松地混合和匹配接口、使用一個或同時使用多個接口，并可根據(jù)需要添加和交換BoosterPack傳感器。

原文標題：多種無線傳感應用，一個開發(fā)平臺實現(xiàn)！看看我們是如何做到的

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