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经由历程降低传感器功率消耗来节俭工厂掩护资源

宣布时间:2019年03月06日 10:03    宣布者:eechina
要害词: 工厂掩护 , RL78 , 情形传感器
── 在待机状态下,RL78的CPU也能阻拦异常检测和警报输入

在工业工厂和厂房中,欲望降低情形传感器系统的掩护资源时,可以经由历程降低传感器功耗来完成。本文形貌若何应用微控制器的待机功效来降低传感器系统的功耗。详细来讲,就是将传感器丈量的频度降低,让系统尽能够长时间保持在待机状态。除此以外,还能在保持该状态的同时,推行异常检测。瑞萨电子的16位微控制器芯片RL78/G11,供应了许多在待机形式下可用的焦点功效。经由历程这些功效的适当组合,不用让芯片跳出待机形式,便可以完成异常检测和警报输入。


制造业中的工厂和厂房,须要年夜量的情形传感器来监控诸如振动、气体的存在、温度、采光、粉尘等方面的信息。现在,这些义务通常会整合在系统中,再透过这套系统,一连群集年夜量的传感器数据,并应用AI(人工智能)式的剖析措施,以尽早发现能够会影响制造,并招致误差的任何变换(预防性误差诊断和掩护)。

在这类系统中应用的传感器,其装配能够遭到空间限制,而难以毗连电源布线的职位,有时还必须在制造装备阻拦运作时群集数据。是以,这类传感器经常由自力的电池式电源供电。必须的电池替换频度,会影响工厂的掩护资源。假定只需多数传感器,就不会组成严重效果,但关于具有数十个或数百个传感器的系统,替换电池所需的人人为本和时间,就成为主要的推敲因素。当推敲到降低电池替换频度时,降低情形传感器的功耗,即为一种有用的措施(图1)。

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图1 与情形传感器相关的掩护资源

本文形貌了若何应用微控制器的待机功效,来降低传感器系统的功耗。所应用的微控制器是瑞萨电子的16位RL78/G11芯片,专为传感器应用、小型家电和类似装备而设计。

在降低量测频率时,推敲适当的异常检测措施

用来临盆周详零件的制造厂房的系统尺度,可以用作情形传感器应用的尺度(图2)。这里的目的,是借着增添传感器系统的电流消耗来降低电池替换频率。为了能更清晰明确,以下的诠释专注在粉尘传感器的控制,算作代表性的尺度。

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图2 周详零件厂房的情形传感器系统

在周详零件的制造上,空气中的粉尘、烟雾、悬浮颗粒等,都邑影响产量。为了控制好这部门,出口处会有空气浴尘室用于职员的清洁,整间厂房的粉尘传感器,则用于监测粉尘颗粒的浓度。空气清净机的运转率,通常凭证丈量的浓度值降低或降低。

当厂房的运作正常时,粉尘浓度通常不会有较年夜的摇动。借着在这类条件下降低丈量频率,可以降低粉尘传感器的功耗。例如,透过每十秒,而不是每秒一次推行量测,功耗可以增添到很是之一。

反之,假定厂房的运作偏离稳固状态,则粉尘浓度能够异常增添。在这类情形下,须要增添空气清净机的运转率,但要等到粉尘浓度降低,能够仍须要一些时间。假定临盆装备一连在高浓度的粉尘下运转,装备能够会被污染并须要清洁。是以,当粉尘异常增添时,必须急速阻拦厂房的临盆装备。

是以,用于检测异常和系统控制的合适措施,必须好好的来思虑。第一步,是装备用于检测异常情形的系统。接上去,必须确保在异常检测的情形下所需的处置赏罚赏罚法式模范(例如输入警报讯号)可以结实且快速地推行。

这可以总结以下。粉尘传感器系统须要:

(1) 降低丈量的频率
(2) 有才干检测出异常情形(3) 在检测到异常的情形下,便可启动系统控制。

焦点功效对传感器处置赏罚赏罚很有用

在诠释若何完成这类控制系统之前,在此有一些关于RL78/G11芯片的信息(以下简称为G11)。该产物是瑞萨电子的RL78系列微控制器的一部门(见图3)。其特点,是在供应适用于电压丈量、增强型模拟数字转换焦点功效等的应用。举例来讲,这些功效可用于控制传感器的集线器和工业传感器、电池模块、电动工具、丈量仪器、厨房用具、吸尘器、美容用具、空调风扇、透风装备等。

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图3  RL78系列蹊径图

G11网罗四种类型的准时器,和串行通讯功效、一组较量器、可编程增益镌汰年夜器(PGA)、10位A/D转换器和8位D/A转换器等。以下进一步诠释的是,在CPU阻拦时,G11的许多焦点功效模块依然可以在待机形式下运转。

G11的电源电压规模为1.6 V至5.5 V,网罗三个振荡器,用于天生使命时钟旌旗暗记。G11有四种闪存操作形式(flash operation mode),可优化外部电路的使命电压、使命时序和使命电流。经由历程选择合适的形式,并凭证电源电压规模,和要应用的时钟频率,可以尽能够有用地降卑微控制器的电流消耗(图4)。

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图4  RL78/G11的闪存操作形式

下一节将举例诠释若何应用G11控制粉尘传感器。

在待机形式下也能应用准时器阻拦间歇操作

要完成的第一个偏向,是降低传感器丈量的频度。

应用微控制器的待机(standby)功效,间歇地操作粉尘传感器,可以完成即只在丈量粉尘浓度时,叫醒微控制器的CPU,并在其他时间将其保持在待机状态(图5)。这里的待机状态应当明确为电流消耗增添了,但可以快速前往到正常状态(可以推行粉尘浓度丈量)的那种状态。

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图5 应用待机状态降低丈量频度

以每10秒阻拦一次丈量的系统为例,在待机状态下,须要丈量时间距离(10秒)。也就是说,必须要有一组保持运转状态的准时器。除此以外,待机情必将须能够处置赏罚赏罚外部旌旗暗记输入(外部中止或串行数据)。丈量的操作状态和待机状态的尺度如图6所示。

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图6 丈量操作和待机时代的处置赏罚赏罚流程

G11待机功效的诠释以下。G11供应三种不合的待机形式,划分称为HALT,STOP和SNOOZE(图7)。

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图7  RL78/G11的三种待机形式

HALT形式从CPU的Run形式进入,当收到中止时,CPU前往Run形式。在HALT形式下,简直所有焦点功效都可以操作。

STOP形式与HALT形式一样是从CPU的Run形式进入的,当收到中止时,CPU前往Run形式。某些准时器、安然功效和DOC(数据操作电路)在此形式没法应用,但其他焦点功效仍可操作。

SNOOZE形式是一种特殊形式,当微控制器吸收到串行数据,A/D转换阻拦旌旗暗记,或DTC(Data Transfer Controller,数据传输控制器)启动源请求时,系统从STOP形式进入SNOOZE形式。假定发生中止,CPU会被叫醒,否则微控制器照样前往STOP形式。SNOOZE形式是一种可以阻拦串行数据通讯、A/D转换懈弛存器设置(DTC的缓存看重写)的待机形式,该形式下着实不会叫醒CPU。

微控制器的功耗取决于形式,通常可以以下排序:

  STOP < SNOOZE < HALT < CPU RUN

功耗往左边是增添。Run形式和STOP形式之间,操作电流(电源的电流特点)的较量,效果以下。

CPU Run形式:1.4 mA(24 MHz操作,HS形式,-40&ordm;C至+85&ordm;C,尺度值)
STOP形式:0.25μA(+25&ordm;C,尺度值)

在此可以看出,STOP形式下的电流消耗仅为Run形式的0.02%。

在G11的STOP形式下,可以阻拦距离准时器的操作。距离准时器用于定期从阻拦形式前往到Run形式,来取得粉尘传感器数据。外部旌旗暗记输入可以经由历程STOP和SNOOZE形式的组合来处置赏罚赏罚,进而可以知足来自外部系统的丈量效果查询需求。G11供应的ELC(Event Link Controller,事宜链接控制器)和DTC功效,可用于检测外部中止,操作距离准时器和应用较量器婚配。

快速异常检测和无延迟处置赏罚赏罚

本节简介检测到弱点(异常)时的处置赏罚赏罚措施。

制造厂房中的情形传感器,检测到异常情形时,能够的处置赏罚赏罚流程如图8所示。图中所示的法式模范,须要以最小的延迟推行,纵然微控制器其时处于待机形式也是一样。   

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图8 检测到异常时的处置赏罚赏罚法式模范

例如,在以10秒距离阻拦丈量的系统中,假定在丈量完成后急速发生异常(CPU从Run酿成Standby),则在最蹩脚的情形下,CPU能够不会在10秒内叫醒(图9(a))。关于要确保对异常的快速回声,这就是个效果。是以,CPU在阻拦(待机状态)时也能够或许或许阻拦异常检测的系统,就会遭到期待。应用G11时,STOP和SNOOZE形式的组合,可用于监控传感器输入,并在待机时代也能触发警报旌旗暗记(图9(b))。

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图9 检测到异常时的CPU操作

图10图标了应用G11的焦点功效,阻拦异常检测的措施。在图10(b)中,DOC在没有CPU干预干与干与的情形下,推行16位较量、加法和减法。在图10(a)和(b)中,DTC推行缓存器操作,例如在CPU阻拦时代阻拦内存之间的数据传输。G11还供应中止标志输入功效,输入INTFO旌旗暗记。经由历程这些功效的适当组合,可以在不叫醒CPU的情形下输入警报旌旗暗记。

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图10 应用RL78/G11焦点阻拦异常检测

当异常检测和或警报输入完成时,微控制器前往CPU Run形式。由于诸如切换频率,和期待芯片内置振荡器稳固的历程,这类类型的叫醒操作,通常须要几十微秒。然则,应用G11,经由历程选择合适的使命时钟频率,和准确的闪存操作形式,CPU叫醒时间可以延伸到4到5微秒(图4)。

异常检测和警报旌旗暗记输入的同时系统会发生一次中止,可以快速触发叫醒CPU,以便顺遂阻拦后续处置赏罚赏罚。虽然能够有些情形下,须要对异常做出更直接的回声,但在年夜多数情形下,5微秒的回声时间曾经够短了。

瑞萨电子网站上供应的文件和有用的工具

这里形貌的措施,也就是将微控制器的待机功效,用于情形传感器系统上的措施,也能够或许应用于其他类型的系统。为了推行G11待机功效的明确和应用,瑞萨电子在其网站上供应了应用诠释和尺度法式模范模范代码。

同时,瑞萨电子还向用户收费供应一套易于应用的可视化法式模范模范设计工具——Applilet EZ PL for RL78(版本2.00)。逻辑电路、准时器、浅易用处逻辑、微控制器功效等,都在GUI面板上显示,而且可以加以组合,来培植微控制器法式模范模范。应用精灵名堂(wizard format)也能够或许轻松完成待机功效设置。

有关G11信息和取得Applilet EZ PL for RL78,请会见访下面显示的URL。

<参考URL >

・ RL78/G11 – 低功耗富厚模拟MCU


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・ Applilet EZ PL for RL78 –图形用户界面


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・ RL78/G11 – 目的板


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