低功耗电路实现方法

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇低功耗电路实现方法范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

低功耗电路实现方法范文第1篇

【关键词】嵌入式系统 低功耗 设计

1 引言

嵌入式系统的应用非常的广泛，在当今智能化电气的推广中也是应用到了嵌入式系统的开发，比如在冰箱、手机、GPS等等设备中嵌入式发挥着非常强大的作用。嵌入式的设计开发主要实现的就是对于电子设备以及电子信息的智能化，从而实现操作方便，智能控制。在嵌入式系统设计中存在着一个问题，就是低功耗设计问题，嵌入式系统在应用当中很多都应用到移动设备当中，这就需要考虑耗电问题，移动产品能够保持充足的工作时间对于电子产品是非常受到人们喜爱的。

2 嵌入式系统功耗

嵌入式系统包括硬件、软件以及集成电路等等设计方面，各个模块都发挥着自身的作用，每部分都需要电源的作用，嵌入式系统的功耗问题也就应运而生。为了解决嵌入式节能问题以及在移动设备中超长的工作时间，我们需要进行嵌入式低功耗设计的研究。

当今人们对于绿色环保追求越来越看重，因此电子产品的耗电问题也是非常的突出，电子设备一般都应用到了嵌入式系统，电池的供电相应的也是问了解决嵌入式系统的电量的提供。延长电池寿命，降低电池的功耗是提高系统性能的有效的手段。

3 硬件低功耗设计

3.1 低功耗芯片、元器件

低功耗元器件是改善嵌入式硬件系统的最直接的手段，通过选择功耗低且性能良好的元器件，将硬件电量的耗电性能做到改善是实现低功耗的第一步。当前的芯片中，CMOS芯片具有很低的功耗，在当前也是非常的热门。在使用CMOS应用时，不能将输入端悬空。空置的输入端存在电平值，可能会影响到高低电平转换，我们知道在数字电路中高低电平的转换代表的就是二进制中的0和1的表示。

3.2 电源管理设计

在模拟电路中会有功放、运放等放大器件，这些器件一般有两种供电方式，及正负极供电和单电源供电。在电源管理中，我们能倾向于单电源供电，单电源会有两倍的供电电压，因此作用范围就会增大，但是由于高电压的应用，会造成功耗大的问题出现。所以我们在设计电源模块的时候要尽量保持低电压设计，在设计中现在有一种比较实用的方法，就是采用不同步的供电技术。通过对各个模块实现低电压供电，将不同的模块实现不同步供电，模块不是一直都在供电状态，通过智能的设计，在模块需要工作的时间内设置为供电状态，不需要工作时设置为断开状态，这样通过对模块的分时供电，可以实现节能低功耗。

3.3 合理利用I/O口资源

嵌入式处理器供电时，I/O口会带有高电平的输出值，所以可以充分利用这些I/O口作为其他模块的供电电源，这就是对于I/O口充分的利用。嵌入式I/O口的供电大概能提供20mA的电流值，当外部模块的值低于该值的时候，就可以通过电路设计达到对于外部低电压的供电，另外就是I/O口最为电源指是要提供电能，如果外模块的设计对于I/O口产生反馈作用则不能应用，否则就会 因为反馈导致I/O口对嵌入式处理器产生作用，影响嵌入式系统的正常工作。

3.4 智能电源设计

功耗问题也体现在对于电源的设计上，通过智能设计电源的供电情况对于不必要电量的节约是解决功耗问题的有效手段。智能电源就是对于电源供电模块的优化作用，智能电源的作用形式是通过对电源的智能化处理，实现自动检测芯片的供电情况，确保电能不被浪费。另外通过电源的设计，将处理器以及外设模块的供电进行合理的电能提供，并且采用时分形式，不同的时间段实现不同的工作状态。

4 软件低功耗设计

4.1 软件编译优化

软件编译对于低功耗的实现时通过不同的软件算法，将程序运行周期降低，这样的话实现的就是模块的运行时间缩短，也就使得电量消耗的时间减小。通过高级语言编写的面相对象的或者面相问题的很难控制低功耗问题，但是通过汇编、HTML语言编写的就可以实现通过选择性的指令实现编译中对于模块的供电作用的功耗问题。

4.2 软件硬件的合理运用

嵌入式系统实现的是对于单片机以及搭载的嵌入式软件系统的综合应用，在设计当中考虑的是硬件和软件双方面的作用，这种作用就是通过软件指令的设计实现的。如果再软件设计上实现将不必要的硬件操作减少的话就会直接减少功耗。当然要考虑软件和硬件分别的处理时间，通过合理的分配软件和硬件的工作量实现功耗的降低。另外在对于高性能处理器的作用时，如果过多的使用软件作用，则高性能处理器体现出的就是大量的功率损耗，所以要针对不同的嵌入式系统进行不同的减少功耗的合理设计。

4.3 时钟程序设计

软件在进行编译时，要引入硬件的时钟，这就是对于软件的延时以及硬件的定时器的设计方面。软件的延时相对硬件来说是消耗功耗多的，所以在降低功耗上还是尽量使用硬件时钟延时。在功耗问题上我们应当注意，虽然很多措施都可以实现功耗的降低，但是也要考虑到工作效率，如果以降低工作效率来实现低功耗，那么这就不是正常的发展模式了。

5 结束语

嵌入式的开发注意的问题非常的多，其中低功耗的设计思想是非常需要考虑的，但是在设计当中我们应当综合考虑各方面的因素，在保持工作效率的高效性的同时实现低功耗才是我们所追求的目标。通过综合因素的考虑，实现软硬件的合理分配，将先进的电源管理应用到其中，是实现低功耗的有效途径。

参考文献

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[4]卜爱国，李杰，王超.嵌入式系统动态电源管理技术研究[J].单片机与嵌入式系统应用，2008（10）.

低功耗电路实现方法范文第2篇

关键词：射频识别，MSP430单片机，低功耗

中图分类号：TN925+.91文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)17-31336-01

The Active RFID Label Design Based on MSP430 Microcontroller

ZHANG Nan, WANG Jun-feng

(School of Electronics and Information Engineering, Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China)

Abstract:This article introduces a design of RFID label based on MSP430F111amicrocontroller, which is low Cpower-consumption and active .It discusses on the solution to the problems which this kind of RFID label includes, such as high-power consumption ,short used time and unsteady performance. The design thinking of low Cpower-consumption ,the hardware structure and the software design method of this active RFID label are given in details．

Key words:radio frequency identification; MSP430 microcontroller;low-power consumption

1 引言

RFID的应用在近两年已经成为了市场的热点，随着微型集成电路的进步，微型智能RFID标签得到了很大应用发展，在低功耗IC技术方面的突破，为发展小型、低功耗主动式标签创造了条件。被动式标签无需电池，由读写器产生的磁场中获得工作所需的能量，但读取距离较近，且单向通信，局限性较大。RFID主动式电子标签不但具备被动式电子标签的很多特性，而且还具有读取距离更远，性能更可靠,寿命长等优点。本文将具体阐述基于MSP430和nRF2402的单向主动式标签的低功耗设计理念和性能特点以及软硬件的实现方法。

2 系统的硬件设计

2.1芯片的选择及性能简介

主动式RFID标签应具有：低成本、低功耗、阅读距离长及距离可调、电池供电等特性。分析主动式RFID标签的这些特性要求，选择合适的MCU和射频芯片是设计最关键的部分。

2.1.1 MCU的选择

由于主动式RFID标签采用电池供电，为了延长电池使用寿命，系统对低功耗性能有很高要求。德州仪器公司（TI）推出的MSP430系列是超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机，其设计结构完全以系统低功耗运行为核心。电源电压采用1.8~3.6V低电压，RAM数据保持方式下耗电仅0.1μA， I/O端口的漏电流最大仅50nA。这种低功耗结构具体体现在以下三点：

(1)它集成了丰富的片内外设，性价比极高。MSP430单片机将很多模块集成到了MCU芯片中，增大硬件冗余。用户可以通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的功能模块，对于不使用的模块使其停止工作，以减少无效功耗。

(2)为更好地降低功耗，单片机采用2套独立的时钟源：外部时钟以及DCO片内时钟。通常情况下，系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大。而MSP430单片机可在满足功能需要的情况下按一定比例降低MCU主时钟频率，以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下，可选用副时钟低速运行，进一步降低功耗。通过软件对特殊功能寄存器赋值可改变CPU的时钟频率，或进行主时钟和副时钟切换，从而实现对总体功耗的控制。

(3)由于系统运行时使用的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有明显的不同。MSP430单片机具有五种节能模式：LPM0、LPM1、LPM2、LPM3、LPM4。这五种模式为其功耗管理提供了极好的性能保证。 当使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200-400uA左右，在等待方式下，耗电为0.7uA，在节电方式下，最低可达0.1uA。

2.2射频芯片的选择

射频芯片是整个RFID卡最核心的部分，直接关系到标签的读写距离和可靠性。同时射频芯片的功耗也直接影响到整个系统的功耗。

nRF2402是挪威Nordic公司推出的单片2.4GHz无线发射芯片，是业界体积最小、功耗最少、元件最少的低成本射频系统级芯片。它电源电压范围为1.9-3.6V，工作于2.4-2.5GHz ISM 频段，nRF2402 内置地址解码器、先入先出堆栈区、调制处理器、时钟处理器、GFSK 滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需要很少的元件，输出功率和通信频道可通过程序进行配置，因此使用起来非常方便。

nRF2402芯片能耗非常低，它具有两种低功耗工作模式：关机模式和空闲模式。在关机模式下，可以得到最小的工作电流，一般此时的工作电流小于200nA。当芯片不向外发送数据时选择工作在此模式可明显地延长电池的使用寿命。nRF2402 的空闲模式也是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是在实现节能的同时，缩短芯片的起动时间。

当然， nRF2402的发送模式也有它自己独特的节电方式设计。在ShockBurstTM 发送模式下，利用片内的先入先出堆栈区，数据可以低速从微控制器送入，但高速(1Mbps)发射，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射频数据发射速率。之所以将与射频协议相关的所有信号处理都在片内进行，是因为这种做法有三大好处：大大降低了功耗；降低的系统的成本(可以使用价钱低廉的低速微处理器)；数据在空中停留时间短，很大程度降低了信息冲突的可能性。而正是通过这种低速送入高速送出的ShockBurstTM技术同时也减小了整个系统的平均工作电流。例如，当芯片以最大功率0dBm 的功率发射时，工作电流只有10.5mA，

nRF2402除了具有很多种低功率工作模式，满足节能设计的要求外，还具有很多其他优点：

(1)可实现远距离通信，从几米到几十米可通过程序配置；

(2)内置CRC纠检错硬件电路和协议；芯片在处理数据时自动生成CRC校验码；(下转第1356页)

(上接第1336页)

低功耗电路实现方法范文第3篇

【关键词】RFID；RFID定位；标签；低功耗

1.引言

射频识别（RFID）技术是采用无线射频的方式实现双向数据交换并识别身份，RFID定位正是利用了这一识别特性，利用阅读器和标签之间的通信信号强度等参数进行空间的定位。RFID标签按供电方式分为有源和无源2种[1]，无源标签通过捕获阅读器发射的电磁波获取能量，具有成本低、尺寸小的优势；有源标签通常采用电池供电，具有通信距离远、读取速度快、可靠性好等优点[2]，但需要考虑低功耗设计以增强电池的续航能力。本文从有源标签的设计理念出发，针对小范围空间RFID定位的需求，根据低功耗、高效率的原则进行RFID标签的设计，并阐述了其硬件组成、软件流程和防冲突能力。

2.系统硬件设计

2.1 系统结构

有源标签在设计中除了需要考虑低成本、小型化之外，最重要的是要采取低功耗设计。RFID标签从整体结构上看，通常包括2个部分：控制端和射频端，因此在选择控制芯片和射频芯片时需要优先考虑其低功耗性能。本文在此基础上选择了MSP430F2012控制芯片和nRF24L01射频芯片；天线则选用了Nordic公司的PCB单端天线；标签采用3V-500mAh纽扣电池供电。系统工作在2.4GHz全球ISM频段。系统结构框图如图1所示。

2.2 芯片选择及低功耗设计

TI推出的MSP430系列单片机是16位Flash型RISC指令集单片机[3]，以超低功耗闻名业界。MSP430F2012芯片工作电压仅为1.8～3.6V，掉电工作模式下消耗电流为0.1μA，等待工作模式下消耗电流仅为0.5μA[4]。本设计中，MSP430F2012被长时间置于等待工作模式，通过中断唤醒的方式使其短暂进入工作状态，以节省电能。MSP430F2012具有3组独立的时钟源：片内VLO（超低功耗振荡器）、片外晶振、DCO（数字控制振荡器）。其中，片外时钟基于外部晶振；DCO由片内产生，且频率可调。显然，主系统时钟频率的高低决定着系统的功耗，尤其是选择了高速片外晶振的情况下，因此，MSP430F2012提供了在不同时钟源间进行切换的功能。在实际设计中，通过实时重新配置基础时钟控制寄存器以实现主系统时钟和辅助系统时钟间的切换，既不失性能，又节约了能耗。

MSP430F2012具有LPM0～LPM4[4]五种低功耗模式，合理的利用这五种预设的模式是降低MCU功耗的关键，本设计中，MSP430F2012在上电配置完毕后将直接进入LPM3模式，同时开启中断，等待外部中断信号。此外，由于MSP430F2012是一款多功能通用单片机，片内集成了较多功能模块，在上电配置时即停止所有不使用的功能模块也能起到降低系统功耗的目的。

由于RFID标签消耗能量的近2/3用于无线收发，因此选择一款超低功耗的无线收发芯片就显得至关重要[5]。nRF24L01是Nordic公司开发的2.4GHz超低功耗单片无线收发芯片，芯片有125个频点，可实现点对点和点对多点的无线通信，最大传输速率可达2Mbps，工作电压为1.9～3.6V[6]。为了凸显其低功耗性能，芯片预置了两种待机模式和一种掉电模式。更值得一提的是nRF24L01的ShockBurstTM模式及增强型ShockBurstTM模式[6]，ShockBurstTM模式真正实现了低速进高速出，即MCU将数据低速送入nRF24L01片内FIFO，却以1Mbps或2Mbps高速发射出去。本设计正是利用了增强型ShockBurstTM模式，使得MSP430F2012即便在32768Hz低速晶振下也能通过射频端高速的将数据发射出去，既降低了功耗，又提高了效率，增强了系统防冲突和应付移动目标能力。

2.3 电路设计

本系统主要运用于RFID定位方面，除了简单的识别外，重点在于阅读器对标签信号强度的测量，因此阅读器与标签间不会有大数据量频繁的读写操作，在电路设计时可省略片外EEPROM。同时还可以省去稳压电路以节省静态电流消耗。硬件原理图如图2所示。

3.系统软件设计

系统软件设计选用了IAR Embedded Workbench V4.11B平台下的C语言编程环境，设计中综合考虑了MSP430F2012和nRF24L01芯片的低功耗性能、稳定性和程序执行效率。

3.1 软件流程

本系统属于双向通信系统，标签在发送数据前处于监听状态，nRF24L01的接收功能被打开，同时MSP430F2012处于LPM3模式，直至接收到阅读器广播的“开始”指令，并通过中断将MSP430F2012唤醒。MSP430F2012被中断唤醒后开始判断指令是否正确，如果正确则进入正常发送周期，否则返回LPM3模式。

考虑到实时定位的需要，系统不能像一般的RFID标签那样仅仅进行有限次验证，本系统采用等间隔持续发送的模式，便于阅读器实时监测目标位置，系统设定的正常发送周期为500ms，由MSP430F2012的Timer_A定时，500ms定时开始后，标签ID通过SPI发送到FIFO，nRF24L01采用了增强型ShockBurstTM模式，发送失败则会继续重发，标签ID发送完毕后，MSP430F2012判断定时器是否超时，一旦超时则进入下个发送周期，否则处于等待状态直至超时。当阅读器停止广播“开始”指令，MSP430F2012重新进入LPM3模式以降低功耗。系统完整流程如图3所示。

3.2 防冲突设计

nRF24L01自带载波检测功能，在发送数据前先转入接收模式进行监听，确认要传输的频率通道未被占用才发送数据，利用此功能可实现简单的硬件防冲突。

考虑到本系统采用了500ms的统一发送间隔，在被定位目标众多的场合有可能发生识别冲突，因此需要在程序中合理的增加防冲突算法。ALOHA算法主要用于有源标签，其原理就是，一旦信源发生数据包碰撞，就让信源随机延时后再次发送数据。考虑到程序的复杂性势必引起处理时间的增加，也会带来额外的能耗，本系统采用了较为简单的纯ALOHA算法，即在每个500ms计时周期内随机发送标签ID，这就需要在程序中插入一个随机延时，延时时长的选择通过一个随机值函数来实现，随机延时范围为0～300ms。这种简单的防冲突算法既简化了指令，又能大幅降低冲突概率。

另外，nRF24L01传输速率为1Mbps或2Mbps，单次发送一个数据包，单个数据包最大32bytes，假设标签ID为32bytes，以2Mbps速率发送一次ID的信号宽度（传输时间）约为100～150μs，相对于500ms的整个定时周期而言微乎其微，但仍有可能出现发送饱和的状态，这时可以适当的延长计时周期以增加信道容量。较快的传输速率有助于移动目标的识别和定位，而较短的数据长度也能显著提高标签基于随机延时的防冲突能力，因此尽可能将标签ID的长度限制在32bytes以内。

3.3 部分程序代码

参考文献

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低功耗电路实现方法范文第4篇

>> 基于MSP430单片机的无线智能监测装置的开发设计 基于MSP430单片机的智能照明控制系统的设计 基于MSP430单片机的智能安防系统设计 基于MSP430单片机的智能压路小车设计 基于MSP430单片机的集中式智能控电系统设计 基于MSP430单片机的智能小车寻迹模块研究 采用MSP430单片机的多传感器智能监控系统设计 基于MSP430单片机的自动绕线机控制系统设计 基于MSP430单片机的多功能寝室床楼梯灯的设计 基于MSP430单片机的低功耗无线温度表的设计 基于MSP430单片机的2FSK通信系统设计 基于MSP430单片机的CCD相机调光电控系统设计 基于MSP430单片机水钻磨床控制器的设计 基于MSP430单片机的新型家用烟雾报警器设计 基于MSP430单片机的流量显示表硬件CPU设计 基于MSP430单片机的便携式气象仪设计 基于MSP430单片机的非接触式红外测温仪设计 基于MSP430单片机的立方星OBC板设计 基于MSP430单片机编程器的设计 基于MSP430单片机的变压器监控终端设计 常见问题解答 当前所在位置：

关键词：MSP430F149电能计量；智能插排；红外编码

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2013.12.012

引言

随着人们生活水平的提高，健康、环保、节能的生活理念已深入人心，对于智能型、人性化的家居产品，受到了人们广泛的关注[1]。生活中，人们希望对某些用电设备的耗电情况进行监控，比如：电饭煲做一次饭的耗电量，电暖风工作半小时耗电多少，冰箱工作一天实际所需电量，人们希望对这些设备的耗电量有准确的把握，为解决这一问题，本智能插排设置了电能计量功能，能够对用电设备的耗电量进行电能检测及计量。而目前市场上的智能插排类产品，只具有简单的定时通断、状态指示的功能，功能单一、价格昂贵[2-3]。为此，本文选用了以低功耗著称的MSP430单片机作为主控制器，辅以电能计量、过流检测、定时通断、温度检测、红外遥控等功能，设计了一款具有低功耗、高性价比、人性化程度高等特点的智能型插排。

硬件设计

智能插排的工作原理

智能插排的硬件系统主要由主控制器单元、电能计量单元、过流检测单元、红外接收单元、温度检测单元、继电器控制单元、显示及报警单元组成。硬件系统框图如图1。

为了实现对用电设备的耗能监测，通过电能计量模块进行检测计量，该模块将电能值转换为单位时间内的脉冲个数，单片机通过读取脉冲个数的数值，可计算出耗电量，并通过LCD液晶显示器显示出来。

红外接收单元主要用来接收家用遥控器的红外编码信息，并将接收到的结果输出给单片机，单片机将接收到的红外信号进行解码，根据识别出的信息驱动继电器进行相应的动作，从而实现智能插排的遥控功能，本智能插排能够学习家用遥控器的任意两个按键的红外编码，用户可以将遥控器的闲置按键设定为插排的开、关按键。

系统控制单元

单片机作为整个系统的核心，起着协调系统工作、计算、控制的作用，出于低功耗、低成本的考虑，本系统采用TI公司的MSP430F149单片机作为系统的主控制器，这是一款16位的单片机，内部资源丰富，内置12位A/D转换器[4]，并具有足够多的外部I/O管脚，具有60KB的闪存和2KB的随机存储器，能够进入低功耗模式，降低系统功耗，满足本系统的设计要求。

过流、温度检测单元

过流及温度检测对于保护用电设备有着非常重要的作用，可延缓用电线路老化，并保障家庭用电安全。过流检测电路采用量程为20A的ACS712芯片，该芯片将导线中电流转换为电压值，并从VOUT输出，其转换公式为VOUT=185mv/A，通过单片机内置的A/D转换器，将电压值转换为数字量，再计算出电流值，根据实测电流值的大小与用户设定的电流值相比较，如果大于用户设定值，则单片机控制继电器断开电源。

温度检测采用DS18B20温度传感器，该款芯片驱动简单，并采用单总线连接方式，测温范围为-55～+125℃[5]，满足本设计的需求，该传感器为数字传感器，其将温度数据通过单总线传输给单片机，单片机接收后，转换为温度值，并在LCD上显示，如果超过用户设定的温度值，则报警单元给出报警提示。电路如图2。

红外接收、电能计量单元

为了简化电路及程序设计，采用HS0038红外一体化接收头接收红外信号，该接收头仅需一根管脚即可与单片机通信，HS0038接收到红外信号后，将解调后的红外编码信息传输给单片机，单片机再进行解码，识别出遥控器的相应键值，单片机将识别出的键值与存储“开”、“关”键值进行比较，进而驱动继电器断开或者连通电源。电能计量功能用来评估用电设备的实际耗电量，为实现此功能，采用ADE7755计量芯片，其专门用于额定频率50Hz和60Hz的单相交流有功电能的计量，具有计量精度高、灵敏度高、功耗低、体积小的特点，电路如图3所示。该计量模块使用简单，将图中锰铜电阻R串入火线用以采集电能，当有电流流过电阻时，从DO管脚输出一定频率的电压脉冲，电流越大，单位时间内的输出的脉冲数越多，单片机通过累加脉冲数量即可计算出设备所耗电量。

显示、报警及继电器单元

智能插排需要对耗电量、定时时间、实时电流值、温度值、继电器开合状态等参数进行显示，选用128*64点阵液晶进行显示，本设计中采用cog液晶模组作为显示器，该液晶可由3V电压供电，价格低廉，采用串行通信方式，占用I/O较少，并且体积较小，驱动简单[6]，与单片机连接方式如图4。为了减少系统的体积，并增加系统可靠性，采用固态继电器进行开关控制，固态继电器的输入端仅需微小的控制信号，就能够达到直接驱动大电流负载的目的，是无触点的电子开关，无噪音，稳定性高，并且可以由单片机管脚直接驱动，极大地缩减了电路设计及程序设计。

软件设计

单片机程序设计采用模块化编程方法，主要包括红外信号的解码、LCD液晶模块的驱动、电能的计量、温度及电流检测等。

插排在初次上电之后，需要首先进行红外开关编码的学习，用来控制继电器开关的开、闭，插座上有2个学习按键“开”和“关”，按下“开”按键之后，进入“开”编码学习模式，此时再按下遥控器的一个按键，红外接收头接收到红外信号，解调后传输给单片机进行解码，并将解码数据存储在单片机内部，至此完成了“开”编码的学习，当再次按下遥控器的相应按键时，程序对解码数据同存储的“开”编码比较，如果编码相同，单片机则驱动继电器断开电源，程序流程如图5。

主程序如图6所示，插排在上电后，首先进行初始化，然后根据用户设定的各个状态值，进行实时的状态监测比较，并将各参数在LCD上显示，当有异常情况发生时，首先驱动继电器断开开关，确保用电安全，再发出声光报警。为节省电能，报警功能设定为每分钟提示一次，当接收到遥控器的“关”指令时，单片机控制继电器开关闭合，系统重新开始工作。

结语

本智能插排实现了电能计量功能、过流检测功能、温度检测功能和红外遥控控制功能，并能够在状态异常情况下通过固态继电器自动断开电源，保护用电设备，确保用电安全，能够对各监控参数进行实时显示，通过电能计量功能掌握用电设备的实际耗电情况，方便实用，体现了人性化、智能化的现代生活理念，有着广阔的应用前景。

参考文献：

[1] 胡葛军，王普，方滨，等.基于GSM短信平台的智能信息插座的研发[J].智能建筑，2006，（2）：346-353

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[4] 刘亚利，敬岚，乔卫民.基于MSP430F149型单片机的智能温度控制系统[J].计算机工程与设计，2006，（6）：1062-1064

低功耗电路实现方法范文第5篇

关键词：待机功耗；微功耗；射频收发器；遥控；电池

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）16-0219-03

1概述

日常生活中，采用红外遥控器来控制空调、电视、DVD等家用电器设备的开关。采用遥控方式来控制电源的开关，方便了用户，避免了频繁开关电源按钮、插拔电源插座。当用遥控器关闭家用电器后，家用电器处于待机模式，此时主体电路与电源断开，但是，内部仍有与电源连接的电路称为待机电路，待机电路仍正常工作。所以，处在待机模式的家用电器仍会消耗电能。目前，家用电器的平均待机功耗在几瓦左右，甚至更高，大大浪费了电能。如何能降低家用电器电子产品的待机功耗，已经成为了各个国家研究的热点。

随着无线射频遥控技术进入家用电器这一领域，克服了红外遥控技术距离短、接受范围小、视野障碍、抗干扰性差等固有的物理缺陷。本文采用TI公司的高性能射频收发器CC2530芯片，设计了一种功耗为毫瓦级的微功耗遥控电源开关系统。

2微功耗遥控电源开关系统方案

目前，降低家用电器的待机功耗主要有两种方案。图1（a）所示为第一种方案，通过优化待机电路的性能，提高电源管理电路的供电效率，目的是提高AC/DC转换器在轻载时的转换效率。该方式的优点，不需要改变家用电器设备结构。但，随着待机功耗的要求越来越低，低功耗AC/DC转换器所能达到的转换效率具有一定的局限性，达不到家用电器待机低功耗的要求。采用辅助电源（电池）来取代图1（a）中电源管理电路中的AC/DC转换器给待机电路供电，并增加一些辅助电路来降低待机功耗，是第二种方案，如图1（b）所示，该方式不会影响主体电路结构，可以大大降低家用电器的待机功耗，可以达到毫瓦级。

本文主要主要是采用第二种方式来降低家用电器的待机功耗，主要结构包含基于CC2530芯片的发射端和接收端两部分。

2.1 CC2530射频收发器

射频收发器CC2530是TI公司推出的一款用于ZigBee RF4CE应用的2.4GHz片上系统（System on Chip，简称SOC）芯片，该系统芯片具有高性能的射频收发模块、多种低功耗供电模式和应用于RF4CE的CC2530 Remot TI开发套件，便于开发符合射频遥控标准和协议RF4CE的低功耗远程控制系统。CC2530具有的多种低功耗供电模式，如表1所示。CC2530的各种供电模式之间可以进行切换，且切换时间短，适用于超低功耗要求的系统。

2.2系统的结构及其工作原理

根据之前提出地通过采用辅助电池给待机电路供电，降低家用电器待机功耗的方法，并结合红外转射频技术；进而，实现一种基于CC2530射频收发器的微功耗遥控电源开关系统。该系统主要由遥控器内部的发射端和位于家用电器主体结构中的接收端两部分组成，CC2530构成了发射端和接收端的关键模块，利用CC2530-MDK开发板，将位于发射端内部的CC2530设置成发射模式，而接收端内部的CC2530设置成接收模式。

当按下遥控器上的开（关）机按键，CC2530检测到来自红外发光二极管的开关机信号，触发CC2530从低功耗供电模式转到工作模式，发射一组经过2.4GHz O-QBSK调制的基带信号，同时接收端检测到该调制信号，并与内部的基带码进行比较，输出一个脉冲信号驱动继电器动作，使得家用电器的交流电源闭合（断开），然后，发射端CC2530转到低功耗供电模式。

2.3 发射端结构及工作原理

微功耗遥控电源开关系统遥控器发射端的内部结构如图2所示， CC2530指定的输入端连接到红外编码调制电路的输出端，遥控器内部的两节1.5伏干电池供给其消耗的能量，且CC2530与遥控器内部的其它电路模块共地。大多数时间，没有按键信号，发射端CC2530供电模式3（外部中断）处于低功耗供电模式。当按下开（关）机键，按键信号经过红外编码调制电路红外发光二极管发射出去，此时CC2530输入端检测到脉冲信号，CC2530采取中断响应处理方式，从低功耗供电模式转到工作模式，这一过程需要20ms，然后 CC2530开始进入发射模式，将开（关）机调制信号经天线发射出去，持续时间为2.5s，且每次开（关）机信号持续2ms，共发射了1000多次。接着，CC2530从发射模式转换成低功耗供电模式。

2.4 接收端结构及工作原理

用微功耗遥控电源开关系统的接收端完全取代家用电器遥控接收装置中的待机电路，大大降低了待机功耗，其结构如图3所示。接收端主要由CC2530、信号继电器、AC/DC变换器、功率继电器以及两节1.5伏干电池组成。接收端工作在间歇模式，接收芯片CC2530每2s中4ms是处于工作模式，其余时间CC2530工作在低功耗供电模式。当CC2530在工作模式下，检测到射频开（关）机信号，经过射频前端和8051微处理器处理，输出持续20ms的开（关）机脉冲信号驱动双绕组闭锁型信号继电器的置位端（复位端）动作，从而接通（断开）AC/DC转换器的交流输入端，使得AC/DC转换器输出电压为5伏（零），进而闭合（断开）单稳型大功率继电器的触点，最终接通（断开）家用电器主体电路的220V交流电源。

3测试结果及其分析

根据2.2节描述的发射端结构和接收端结构，并结合CC2530-MDK自带的遥控器例程，来搭建微功耗遥控电源开关系统，遥控器端和接收端如图4所示，实测环境如图5所示，用一个台灯来模拟图5中的用电设备，实测的遥控距离能达到8米以上，且不受墙等障碍物的阻隔。

该系统已经成功应用于空调等大功率家用电器设备上，采用遥控器来控制空调的启动和关闭，来降低待机功耗。当用遥控器关闭空调后，空调是处于待机状态，会消耗一定的电能，而采用该系统的家用电器接收来自遥控器的关闭信号之后，其主体电路是完全与交流电源断开的。所以，从理论上说，家用电器是不会消耗交流电源的能量，即交流电源的待机功耗为0。另外，采用功率计测试的实际交流电源的消耗为0，从而验证了该系统的正确性。

用遥控器关闭家用电器后，其交流电源消耗的能量为0。然而，由于接收芯片和信号继电器是由两节1.5V干电池的直流电源来供电，所以仍然会有部分能量消耗，表2是用万用表所测得的接收端能量消耗，假设每天开关空调次数为10次，也就是信号继电器工作10次。由于每次开机或关机信号的持续时间都为20ms，且信号继电器是闭锁型（掉电不失锁），所以信号继电器每次工作的时间也是20ms。

从表2中可以计算出，每秒接收端消耗的电流为94.1μA，假设每节干电池的容量为1800mAh，则该系统的使用寿命约为2.18年。接收端0.28mW的功耗要远低于现在家用电器的待机功耗（空调约为2W），因此该遥控电源开关系统是微功耗的。而如果能进一步降低接收芯片的待机电流和工作电流，增加电池的容量，该系统的正常工作时间会增加更长，能满足用户需求。

4结论

本文针对降低家用电器待机功耗的问题， 利用CC2530射频收发器设计了一种采用辅助电源模式来降低待机功耗的微功耗遥控电源开关系统，并给出了相应的测试结果。测试结果表明，微功耗遥控电源开关系统的接收端功耗小于300μW，极大地降低了家用电器的待机功耗；将该系统应用在家用电器中，遥控端和主体电路的结构只需要微小改变，实现起来比较简单。

参考文献：

[1] 中国节能产品认证中心.国内外产品待机能耗综述[J].节能与环保，2002（9）：38-41.

[2] 王晶晶，白雷石.浅谈家电的待机功耗[J].中国科技信息，2008（18）：142-143.