电机温度监测系统低功耗无线节点模块设计

摘要：提出了一种用于电机温度监测系统的无线数据收发节点模块设计方案，利用LPC1114的省电耗模式配合Si4432集成芯片实现无线收发模块的低功耗。另外，针对模块硬件实现RF前端高频电路设计和前期仿真做出详细说明，模块的RF性能指标分别做了测试，分析了本模块的耗能数据，可以满足大部分的低功耗、低速率、高灵敏度的实时无线数据传输需求，本模块已经可靠、稳定地应用于系统中。
关键词：低功耗；Cortex-M0内核；无线收发模块；Si4432；电机温度监测

电机在长期高速运转的情况下会产生大量热量，引起主要部件的温度升高，出现电机烧毁现象，像动车组列车牵引电机，可能会带来严重的安全隐患，由于大部分电机的特殊结构，传统的红外轴温监测系统，无法检测到电机的温度。实时测量电机的温度，防止电机过热产生故障是设计系统的目标。本文提出的温度检测系统利用内嵌Cortex-M0内核的低成本、低功耗MCU把温度传感器采集到的温度数据通过高集成度、低功耗的射频芯片发送到监控中心实现。

1 模块结构与硬件设计方案
1．1 无线模块方案
本系统网络节点由数据采集、处理、传输和电源4个主要部分组成。传感探测单元由传感器进行监测区域内待测对象的信息采集，选用DS18B20芯片；微控制单元实现数据的分析、处理和存储等功能，选用NXP提供的内嵌Cortex-M0核的LPC1114；无线传输单元负责低功耗短距离节点间通信，选用Silicon Labs提供的Si4432芯片；供电单元选取小型化、高容量的电池，以确保节点的长寿命和微型化。
本节点模块硬件结构如图1所示。

1．2 模块硬件实现
其中温度传感器通过一线数据接口把检测到的温度数据通过MCU的GPIO口传送过去，MCU通过增强型SPI接口对Si4432进行内部寄存器读写，可以灵活配置各项参数。另外通过四线SPI接口，即MOSI，MISO，SCLK和nSEL。其中MOSI用于从LPC1114到Si4432的串行数据传输；MISO用于从Si4432到LPC1114的串行数据传输；SCLK用于同步LPC1114和Si4432之间在MOSI和MISO线上的串行数据传输；nSEL作为片选信号，只有片选信号为低电平时，对Si4432的操作才有效，具体的硬件电路设计参考Silicon Labs提供的应用手册，电路中提供的接收低噪声放大器匹配电路和发射功率放大器匹配电路的阻容参数，可以使Si4432达到较好的通信效果，通过ADS对RF前端的LP filter电路进行仿真，其S参数仿真如图2所示，可以看出在其240～960 MHz通频段内，具有很小的回波损耗。