低功耗電路實現方法范文

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篇1

關鍵詞：無線通信；低功耗；休眠喚醒；智能硬件

主流的短距離無線通信技術包括Wifi、紫蜂(Zigbee)、藍牙技術(Bluetooth)、以及運行于ISM頻段的2.4GHz射頻（RF）與433MHz的RF頻段；這些無線通信技術各具優缺點，但是有一個共同的特點，既短距離無線通信部件工作時的功耗相對可穿戴設備、智能家居等智能硬件的其他部件的功耗來說是耗能最大的部分，一般來說短距離無線通信系統發射功率在20mAh上下，而智能硬件特別是可穿戴設備等除了無線通信電路外的其他電路的總功耗占比很小，也說是無線通信電路在正常工作下占用了很大的功耗。無線通信距離與發射功率息息相關，若是為了降低功耗而把發射功率降低則影響到通信距離與通信可靠性；然而在智能硬件中一般是傳感量的采集與上報，都采用定時上報方式，也就是系統大部分時間是工作在空閑狀態，故每次數據通信業務都是很短時間內完成，如果能將設備在等待時間里將無線通信部分的功耗節省下來，將大大降低智能設備的功耗。基于上述問題首先對智能硬件中的短距離無線通信電路的功耗進行分析與介紹，并給出現有技術中常用休眠方法，提出一種分時可中斷休眠的處理方法，最后通過實際產品應用驗證了該方法的可行性。

1功耗分析

如圖1所示為智能硬件的系統組成框圖，包括了傳感數據采集（傳感器）電路、主控電路、控制輸出電路、短距無線通信電路等，一般講由主控制電路定時去采集傳感器數據，并對采集到的數據分析后，通過控制輸出電路控制燈光、微型電機等設備，或者通過無線的方式上報所集的數據；因此可以將上述電路按使用時間分為長期使用、定時使用、按需使用三種，以上智能電路模塊中，主控電路可歸為長期使用的電路，參數采集電路歸為定時使用電路，而短距離無線通信電路與輸出控制電路則歸為按需使用。下面通過表1所列的數據，對在智能硬件中使用較多的幾款主流微型控制器與短距離無線通信芯片的功耗數據進行對比，通過對比可知，采用BlueTooth通信技術的系統在運行時消耗的電流近10mA，若是采用Zigbee通信技術的系統在運行時微控制器與無線通信消耗的電流則達到20mA以上；若采用WiFi通信技術的通信系統則消耗的電流更高，通常達到百毫安級；因此在智能硬件系統別是智能穿戴設備中，其電池容量普遍是在1000mAh以下的，即使以1000mah的電池供電，在無功耗處理的連續工作狀下，可供藍牙系統使用100小時，可供zigbee系統50小時，而可穿戴設備要求續航時間達到數天以上甚至是數月之久，顯然無法讓上述耗電電路一直工作。在智能硬件中無線通信電路成為設備能量消耗的核心，通常講在無線通信距離無法改變的情況下，僅通過選擇低功耗器件來降低硬件待機消耗[1]是無法根本解決，因此需要在軟件技術層面加以進一步優化功耗來解決。現有技術中對無線通信電路功耗處理的軟件方法分為兩種，一種是在MAC層上通過協議[2]上的優化來改善功耗，如通過CSMA載波監聽防止通信過度競爭與通信碰撞，或者減小通信包的冗余來減小能耗，受限于協議基本架構的不可變性，這種通過在網絡協議上進行優化而降低功耗的收效甚微。另一種方法是利用嵌入式系統的功率控制技術，這種方式當前最常用的方式是定時周期性休眠與喚醒策略[3]，如圖2。周期性休眠喚醒圖在一個工作周期T時間內T0是深度睡眠時區，其占據整個工作周期T的80%以上，期間工作電流降低到微安級，待定時間到達后，喚醒系統進行數據采集與處理上報等工作，這個工作時間T1極短，但是工作電流達到數十毫安，待數據處理完畢，進入短暫的空閑時間T2后，系統重新進入低功耗的深度睡眠狀態。這種低功耗處理方式可以較好的處理具有一定時間周期的數據采集與上報系統中的功耗[4]，這種系統一般是單向無線通信的工作系統，但是隨著用戶需求的增加以及技術發展，當今的可穿戴設備如應用于智能鞋服中的可戴設備即要求續航時間長又要求可以雙向實時無線通信，對于需要雙向無線通信的工作模式且對實時性要求較高的系統而言，周期性休眠喚醒方法顯然無法勝任更低功耗的處理要求。針對上述低功耗處理存在的問題，本文提出可中斷休眠喚醒方法，智能設備可以根據當前的硬件狀態選擇休眠的狀態，如一個穿戴在正在運動的人身體上的智能硬件，此時可根據運動狀態來啟動數據實時采集與上報的雙向通信模式，若是靜止則進入休眠狀態，若是長期靜止則進入深度休眠，而設備可以隨時由一個外部事件激活或喚醒。

2可中斷休眠喚醒

可中斷休眠喚醒與周期性的休眠喚醒具有明顯的不同，其中周期性的休眠喚醒采用定時休眠與定時喚醒的方式，其時間相對固定，對于需要雙向人機交互的系統而言，其顯得極不便利。而可中斷休眠喚醒可通過外部事件來臨時將設備從休眠狀態中喚醒，外部事件可以是運動信息、無線激活信號、機械觸發也可是外部自然的因素等。可穿戴設備集成傳感器、無線通信電路等硬件電路，由于體積限制只能采用小容量電池，其佩帶在人體身上，與人的交互頻繁密切，即使采用低功耗器件，若是長時間工作，電能也將在數小時內耗完，故可穿戴設備對低功耗處理要求更為嚴格，因此低功耗處理除了選用低功耗器件外，使用可中斷休眠喚醒的方式對于智能硬件尤其是智能穿戴設備而言尤為重要，如圖3可中斷休眠時序圖，T1、T6是設備處于工作中的耗能情況，T2時間是設備完成一次處理后將無線通信電路、傳感器電路關閉使其進入淺睡眠狀態；T0、T3、T5是設備進入深度睡眠的狀態；從圖3中可以看出設備只要空閑就進入休眠狀態，當用戶需要使用設備時可以通過喚醒電路隨時喚醒，如進入充電模式時可在T3時刻喚醒設備進入淺睡眠狀態；或者在任意時刻通過運動或者無線的方式喚醒設備進入工作狀態。這種中斷喚醒方式使得設備絕大部分時間處于休眠狀態，用戶可以按需的方式激活設備，并實現雙向無線通信，實現靈活人機交互與控制，同時做到更省電；如圖4可中斷休眠喚醒狀態轉移圖可將穿戴設備分的工作狀態歸為工作狀態L0、淺休眠狀態L1、深度休眠狀態L2等三個等級。其中設備處于工作狀態L0時，為設備工作狀態其最耗電，此時無線電路開啟可以正常通信；處理完數據可穿戴設備可以通過休眠處理進入低功耗的L1狀態，此時設備上大部分的外設都處于關閉狀，如無線通信模塊，此時設備功耗下降到數毫安內；在工作狀態L0時，用戶也可以強制讓設備進入L2深度休眠狀態，此時外設全關斷，MCU處于深度休眠狀態，此時電流下降到幾十微安以內；若長時間處于淺休眠L1狀態時，系統將自動進入L2狀態；此時可通外部喚醒事件將設備從L1、L2狀態快速喚醒至L0狀態。

3低功耗軟件設計

可中斷休眠喚醒方法在軟件處理上通過實時監測設備狀態，并判斷當前設備所處的狀態，針對不同的狀態，采用不同的低功耗處理方法；如圖5是軟件處理程圖，智能設備在完成數據處理與上報等交互工作后，將關閉無線通信電路進入淺睡眠狀態，此時啟動計時功能等待外部的觸發，若長時間無其他操作或者喚醒事件，智能設備則進入深度休眠狀態的超低功耗狀態；而處于淺休睡眠與深度休眠狀態下的設備均可以由外界喚醒信號喚醒進入到正常的工作狀態。

4實驗分析

本文中所采用的中斷休眠喚醒方法，已經應用于一款無線雙向控制的智能穿戴設備中，其硬件環境如下，主控芯片STM8S003，2.4G無線通信芯片XN297L，電池800mAh，用戶一天累計使用該設備工作使用1小時。通過實驗過得到結果如表2。T3T5T6T2T4T1時間：t電流：mAT0圖3可中斷休眠時間圖休眠1休眠3休眠2喚醒喚醒喚醒深休眠L2淺休眠L1工作L0圖4可中斷休眠喚醒狀態轉移圖喚醒喚醒是否數據處理關無線電路等進入淺睡眠由表2的實驗數據可以得出，設備分別工作在定時休眠與可中斷休眠模式下無論是工作電流還是休眠電流都相差不大，可以認為是由電流表讀數跳動造成誤差，因此可以認為它們的工作電流與休眠電流是相同的。通過計算可得可中斷休眠方式除了工作1小時外，期間沒有收到喚醒后全在休眠。而定時休眠除了工作的1小時外，在24小時里又累積工作了2.1小時，因此以800mAh容量的電池計算，采用定時休眠的方法每天耗電68.8mAH，可以續航11.7天。而采用可中斷休眠的方法每天耗電23.9mAH，可以續航33天的時間。若是定時休眠的方法想延長待機時長，則需要增長定時周期，這勢必造成用戶體驗性變差。可見采用可中斷休眠的方法在長時間待機方面具有定時休眠方法不可比擬的優勢。

5結論

本文重點介紹集成無線通信技術的智能硬件的休眠喚醒方法，通過分析現有的定時休眠喚醒技術的特點，提出了可中斷的休眠喚醒方法，并通過產品驗證了可中斷的休眠喚醒方法在智能硬件尤其是可穿戴設備中可大幅提高電池續航的時間，同時在可中斷休眠的過程中并沒有影響用戶對設備的控制，在不降低用戶體驗的前提下使產品整體功耗下降。

作者:林志堂 郭昌堅 張朋濤 單位:廣州市天舟通信技術有限公司

參考文獻

[1]陳萬里,李偉,柴遠波.無線Mesh網絡超低功耗技術分析[EB/OL].(2013-04-08)[2017-6-21].

[2]王超.基于Zigbee的無線傳感網絡能耗控制方法研究[D].長沙：湖南大學,2015.

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【關鍵詞】二線制；電源；TLC5615；MAX409A；功耗

1.引言

二線制儀表，是將工業現場的檢測信號，如溫度、壓力、速度、流量等參數，轉換為4-20mA的電流信號，傳送到遠距離外的控制室，以便于對生產過程進行控制。由于電流信號對噪聲不敏感，不易受寄生熱電偶和溫漂的影響，普通雙絞線上可以傳輸幾百米距離，利用250Ω取樣電阻就可以將4-20mA電流信號變為1-5V的電壓信號，不受傳輸線的電阻影響。同時，二線制儀表符合本安防爆的要求，即24V/20mA的電流通斷不足以引燃瓦斯爆炸，所以在化工、煤礦、石油天然氣等領域的應用越來越廣泛。同時二線制變送器具有布線簡單的特點。

由于二線制儀表，本身由電流環路供電，所以電流環僅能提供4mA以下的電流為儀表供電，所以對儀表的功耗提出苛刻要求，不能采用常規的方法進行電路設計，為設計人員帶來了困難，如何能設計出高性能、高精度的二線制智能儀表，是目前國內許多廠家迫切需要解決的問題。

本文對二線制儀表通用的電源設計和電流環電路設計，進行了詳盡的理論分析，結合多年的工業現場的實際應用，提供了簡潔實用的應用電路，采用此電路設計生產的二線制超聲波物位計，經多家工業現場實際驗證，性能穩定，產品輸出電流精度滿足設計要求。

2.二線制變送器系統方框圖

如圖1所示，4-20mA電流環路輸入的24V電壓，經過電源單元轉換為5V精密電源，為整個系統供電。主控單元控制超聲波的發射和回波信號處理，然后將處理的測量數據，通過D/A和V/I轉換單元，輸出4-20mA電流，接收端通過負載電阻（250歐姆）取出電壓信號，同時與電流環24V電源地相連構成回路。

圖1 二線制超聲波測量系統框圖

3.二線制變送器電源設計理論分析

二線制儀表的原理是利用了4-20mA信號為自身提供電能。如果儀表自身耗電大于4mA，那么將不可能輸出下限4mA值。因此一般要求二線制儀表自身耗電（包括傳感器在內的全部電路）小于4mA。

（1）電壓條件：在儀表電流環路中，一般取樣電阻R=250Ω。當電流I=4-20mA變化時，取樣電壓為U=1-5V之間變化。考慮到可能會串接其他儀表，以及傳輸電纜的阻抗，線路阻抗R的最大值可取350Ω，因此在20mA時，儀表兩端電壓為（24V-20mA×350Ω）=17V.4mA時，儀表兩端電壓為（24V-4mA×350Ω）=22.6V，所以儀表的工作電壓不能大于17V。

（2）電流條件：儀表中總功耗電流要小于4mA。

（3）功率條件：

20mA時，電流環提供的功率最大：

P=20mA×17V=340mW。

4mA時，電流環提供的功率最小：

P=4mA×22.6V=90.4mW。

所以儀表消耗的功率理論上不能大于90.4mw。

4.變送器電源單元設計

電路設計的關鍵是降低電源電壓轉換的功耗，轉換效率要高，靜態電流要小。

將電流環儀表兩端的17V-22.6V電壓，降壓處理，有兩種方法。

第一種是直接采用線性穩壓芯片，將輸入電壓穩壓到5V，這樣會造成穩壓芯片本身功耗太大，無法滿足其它電路的功率要求。

第二是采用開關型DC/DC芯片，又稱為BUCK降壓開關電源，電源效率一般高于85%以上，但開關型電源芯片是利用儲能電感儲能，輸出的5V電壓是脈動的，電壓紋波噪聲不能滿足D/A及CPU控制芯片的要求。

綜合考慮，本電路設計采用“開關型DC/DC芯片+LDO線性穩壓器”方式，即利用開關型DC/DC芯片，將電流環提供的高電壓降低，然后利用低壓差線性穩壓器來提高儀表電源的紋波抑制比。同時選擇的芯片器件要少，減少能量損耗；

設計電路如圖2所示：

圖2 電源模塊電路圖

圖2中，L1為儲能電感33μH，D1續流二極管，FB=1.25V。開關型降壓DC/DC芯片為MAX1776，是MAXIM公司的新型低功耗芯片，靜態電流為15uA電壓轉換效率為95%以上，輸入電壓范圍：Vin=4.5V～24V，輸出電壓可以通過電阻R1和R2進行調節，輸出電壓可在1.25V～Vin之間變化。

Vout=1.25×（1+R1/R2）

本設計中，MAX1776輸出電壓為7V，按電源效率95%計算，可用功率=90.4mw×95%=85.8mW。

低壓差線性穩壓器，選擇為MAX603，是MAXIM公司的超低功耗器件，靜態電流15uA。MAX603輸入電壓范圍是2.7V-11.5V，將引腳SET接地時，典型的輸出電壓為5V，輸出電流200mA時，典型壓差0.5V，為保證穩壓電路可靠工作，考慮脈動成分，所以設定MAX1776輸出電壓為7V。

5.4-20mA電流環電路設計

4-20mA電流環輸出信號，是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度。

本部分電路由D/A和V/I變換部分組成，D/A部分選用美國德州儀器公司的具有串行接口的模數轉換芯片TLC5615，它是超低功耗（1.75mW MAX）10位數據、3線串行接口，5V單電源工作，輸出電壓范圍是基準電壓的兩倍，1.2MHZ更新速率的高精度D/A轉換芯片；

V/I變換部分采用MAX409A芯片，是美國MAXIM公司的單電源、微功耗精密單運放，是現今唯一能以1.2μA供電電流工作的運算放大器。MAX409A主要參數：單電源供電2.5V-10V，增益帶寬積150，穩定增益10，工作時靜態電流1.2μA。

電流環輸出模塊原理圖如圖3所示：

圖3 4-20mA電流輸出電路

工作流程如下，主控CPU芯片將超聲波測量單元，測得的二進制數據，通過D/A變換為0.5V～2.5V直流電壓值，分別代表量程0和滿量程，然后通過V/I變換電路實現4-20mA電流信號輸出。

V/I變換原理：設定TLC5615輸出電壓為V，R3與R5的節點電壓為V1，根據運放虛短原理及輸入阻抗為無窮大，MAX409A的輸入端電壓為零電位，有，由于V1=-I×R5當R2=200KΩ，R5=50Ω，，通過調整R3阻值（80KΩ），將0.5V-2.5V輸出電壓轉換成4-20mA電流輸出；

經產品測試，采用此電路的超聲波物位計的測量精度達到0.2%。

6.結論

二線制儀表的設計，是工業設計的一大難題，本文通過對二線制儀表的理論分析，提供了實用的電源設計方案，以及電流環的應用電路，通過采用超低功耗新型芯片，電路簡潔，器件少，極大地降低了功耗，為整個系統的穩定工作和優化設計，提供了保證。采用此電路的二線制超聲波物位計，經過工業現場實際應用，性能穩定，精度達到國際先進水平。

參考文獻

[1]趙海鳴，英勇，王紀嬋.一種高精度超聲測距系統的研制[J].礦業研究與開發，2006（3）：62-65.

[2]王利軍，田亮.二線制4-20mA儀表的電源設計[J].電力科學與工程，2010，26（5）：47-50.

[3]吳葉蘭等.基于MSP430的二線制多功能表頭[J].2011 （10）：59-60.

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關鍵詞：嵌入式系統；流媒體；網絡視頻監控

一、引言

視頻監控系統是一種防范能力較強的綜合系統，屬于安全防范系統組成部分。目前，視頻監控廣泛應用于多種場合。網絡視頻監控是集計算機、通信、網絡及視頻編解碼等高新技術的整合產品。并且隨著寬帶網的普及，網絡視頻監控勢必成為監控領域的新發展方向。隨著技術不斷創新發展，基于寬帶技術的網絡圖像在網絡視頻監控中的運用越來越廣泛。網絡視頻監控系統的發展方向是基于嵌入式技術的網絡視頻監控系統。該技術以嵌入式處理器與操作系統為基礎，把視頻的采集、壓縮、傳輸集成到設備內，作為網絡節點，連接到網絡上，達到即插即看的效果。

二、視頻編碼技術標準

視頻壓縮是視頻監控的核心技術，如視頻數據不壓縮，會占用網絡帶寬與存儲空間。視頻壓縮通過去除信號時間和空間冗余度實現。目前，視頻編碼技術標準包括：1、JPEG標準，即靜態圖像數據壓縮標準，主要用于靜態圖像保存；2、MPEG標準，主要用于視頻存儲、視頻廣播與視頻流媒體。該系列標準屬于多媒體技術標準，其中MPEG-1、MPEG-2屬于第一代技術，基于像素圖像編碼方法；MPEG-4屬于第二代技術，基于對象視頻編碼方法；3、H.26X標準。H.264由 ITU-T與ISO/IEC提出，用于支持網絡視頻會議與可視電話。

三、流媒體傳輸技術

1、流媒體技術原理。作為新興的網絡傳輸技術，流媒體技術基本原理：首先采用高效壓縮算法對多媒體文件預處理，然后用流媒體傳輸協議進行傳輸。接收端通過解壓設備對數據解壓后，音視頻數據就會顯示出來。流媒體的關鍵技術是流式傳輸技術，實現方法有兩種：順序流式傳輸與實時流式傳輸。

2、流媒體技術協議。流式傳輸協議包括兩類：（1）實時傳輸協議RTP。RTP由組織IETFInternet工程任務組作為RFC1889提出并標準化的，是為支持多媒體通信而定義的協議。RTP不能獨立傳輸數據，須和底層的網絡協議結合才能完成數據傳輸。RTP是專門為交互式語音、視頻等實時數據設計的傳輸協議；（2）實時傳輸控制協議RTCP。RTCP是RTP的伴生協議。RTCP包中包括的統計資料包括：己發送與丟失的數據包的數量，服務器可利用信息動態地改變傳輸速率或有效載荷類型。在RTP會話期間，RTCP允許發送方與接收方周期性傳輸包含有關正在傳輸的數據及網絡性能的額外信息報告。在實時傳輸中，RTP與RTCP配合使用具有其自有的適用性：（1）協議簡單靈活，傳輸效率高；（2）可擴展性；（3）協議的自適應性。

四、嵌入式系統低功耗設計技術

1、硬件低功耗設計技術。硬件低功耗設計方法包括：（1）低功耗電路形式。在實現系統功能前提下，從降低系統功耗的角度設計電路；（2）分區分時供電技術。利用開關裝置控制電源供電模塊，當電路處于休眠狀態時，關閉其供電電源，避免電源浪費；（3）動態電源調節技術。從調整處理器的電壓和頻率出發，處理器根據系統的運行狀態，當處理任務時，適當提高電壓與頻率；當待機狀態時，降低電壓與頻率，避免產生多余功耗。

2、軟件低功耗設計技術。軟件低功耗設計方法包括：（1）軟件代碼優化。通過縮短代碼長度、改寫代碼與減少指令執行時間等途徑優化代碼執行時間。如對代碼進行時間評估，用線性匯編重新寫對性能影響較大的代碼段；（2）以效果換取效率。在圖像數據處理時，通過降低視頻數據采樣率的方法減少處理時間，如由原先采集高分辨率圖像D1(720×576)改為CIF(352×288)，降低數據處理量，縮短處理器處理數據時間；（3）視頻編碼算法。盡管編碼器配置越高，視頻編碼效果越好，但會引起嵌入式處理器負荷加重，因此可采取低層次配置的視頻編碼器。

五、基于低功耗的系統總體設計

基于視頻編碼技術、流媒體網絡傳輸技術及低功耗設計技術，嵌入式網絡視頻監控系統的整體構成見圖1。嵌入式平臺前端攝像頭進行視頻采集，后端與網絡連接，中間嵌入式處理器負責視頻處理及網絡傳輸，而視頻的壓縮處理及網絡傳輸由軟件完成。

圖1系統總體結構圖

在硬件選擇上，低功耗嵌入式視頻監控系統選擇低功耗器件。硬件系統的核心是嵌入式處理器。系統采用的處理器是基于Intel XScale架構內核的PXA270，其時鐘頻率為104MHz-624MHz。視頻采集模塊中的視頻數據可采用內存映射技術先把設備文件映射到內存中，直接從內存讀取視頻數據，進而實現了低功耗；視頻壓縮模塊是資源開銷最大部分，MPEG-4算法復雜度低，最適合基于嵌入式系統的視頻編碼開發。

參考文獻：

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前言

80C51單片機由于功能全面、開發工具較為完善、衍生產品豐富、大量的設計資源可以繼承和共享，得到廣泛的應用。我們設計的一款手持線PDA產品，也選擇80C51單片機作為主、輔CPU，還具備點陣液晶顯示屏、導電橡膠鍵盤、雙IC卡接口、EEPROM存儲器、實時時鐘和串行通信口。由于使用80C51單片機開發，高級語言編程，大大降低了設計的技術風險，產品在較短的時間內就推向了市場。

但是，同一些低速的微控制器（如4位單片機）和高速的RISC處理器相比，80C51單片機在功耗上沒有優勢。為了在PDA類產品中發揮80C51單片機的上述特長，我們通過采取軟、硬件配合的一系列措施，加強低電壓、低功耗設計，取得了良好的效果。該機使用一顆3V鈕扣式鋰電池，開機時工作電池小于4mA，瞬間最大工作電流小于20mA,瞬間最大工作電流小于20mA，關機電流小于2μA。一顆電池可以使用較長的時間，達到滿意的設計指標。

一、低電壓低功耗設計理論

在一個器件中，功耗通常用電流消耗來表示。下式表明消耗的電池與器件特性之間的關系：

Icc=C∫Vda≈ΔV·C·f    （1）

式中：Icc是器件消耗的電流；Δ是電壓變化的幅值；C是器件電容和輸出容性負載的大小；f是器件運行頻率。

從公式（1）可以得到降低系統功耗的理論依據。將器件供電電壓從5V降低3V，可以至少降低40%的功耗。降低器件的工作頻率，也能成比例地降低功耗。

80C51的器件電流包括兩部分：核心電流和I/O電流，即：

Icc=ICORE+II/O    (2)

核心電流是內部晶體管開關和內部電容充放電所消耗的電流，占有器件電流的較大比例。

ICORE=Vcc·CEQ·f    (3)

式中：Vcc是器件工作電壓；CEQ是內部結點和走線的電容，它是器件的固有屬性，可由式（3）在一定的電流、電壓和頻率測試值下計算出來；f是核心工作頻率。

I/O電流主要是地址/數據總線、RD、WR和ALE信號消耗的電流，在器件電流中占的比例較小，其數值有以下經驗公式：

II/O=IREAD·（0.8）+IWRITE·（0.2）+ICONTROL    （4）

IREAD、IWRITE分別是讀寫狀態的I/O電流；ICONTROL是控制信號RD、WR、ALE的電流。以寫狀態I/O電流為例：

IWRITE=（V·C·f）·(1/n)·(X+Y)    (5)

式中：V=Vcc；C是每個引腳的負載電容和電路板的線路電容，大約2pF/in(in為英寸)；f是CPU工作頻率；n=24，每個總線周期所花費的機器周期數；X是尋址階段變化的引腳數；Y是傳輸數據階段變化引腳數。

二、PDA類產品中CPU的選擇

近年來80C51衍生產品涌現出許多低電壓、低功耗品種，各具特色。如：ATMEL公司AT89LV5X系列，程序存儲器4KB～20KB；PHILIPS公司LPC系列，高速低耗，片內集成的多種低功耗功能，極有階段，但程序存儲器空間只有2KB或4KB；臺灣華邦公司W78LE和W77LE系列，有8～64KB程序空間和普通/高速多種型號可以選擇。選擇合適的CPU還有與后介紹的各項低功耗設計技術的使用有關，與軟件規劃和正確編程有關。

在開發過程中，我們經過試用和比較，發現適合PDA類產品應用、性能價格比最高的選擇是華邦公司的W78LE516。W78LE516是華邦公司2000年發由的新產品，它有以下特點適合PDA類產品：

·工作電壓2.4～5.5V，適合便攜式產品的供電方式；

·全靜態設計，工作頻率從0到最大40MHz，適合低功耗產品的特殊要求；

·64KB可多次編程的片內應用程序存儲器，非常適合于較大的程序和高級語言編程；

·4KB片內引導程序存儲器，用于實現應用程序的在線編程；

·比80C52多一倍的512字節片內RAM，其有256字節AUX RAM；

·PLCC和QFP封裝比通常的80C51多4個I/O口，P4口具有多種功能；

·完善的低功耗模式，特別是中斷能夠喚醒掉電模式；

·可靠的加密編程，保護開發者的知識產權和勞動成果。

三、晶振頻率是決定功耗的基本環節

在5V電壓下運行于12MHz的80C51，工作電流達到十幾mA，無論如何難以在電流供電環境中使用。從公式（3）和圖1可以看出，工作電流與晶振頻率成嚴格的線性關系，空閑、掉電模式的電流也有類似的線性關系。因此，盡可能地降低晶振頻率能夠有效地降低整機電流；但是，降低晶振頻率往往會受到系統運行速度的制約，需要綜合考慮各部分的工作速度和整機信息算是的速度，選擇一個合適的最小晶振頻率。例如，128X64點陣液晶采用并行總線訪問時，整屏漢字顯示刷新需要80C51單片機2MHz的時鐘頻率才不會感覺響應遲鈍；如果采用串行方式，顯示還會更慢；串行EEPROM是串行訪問數據的，還有起始停止位、地址選擇、應答位等開銷，讀寫時間較長；復雜算法對系統運行速度也有較高要求。考慮到串行通信波特率精確計算，我們最終確定晶振頻率為3.686MHz，最大通信波特率可達到19200bps。在這一時鐘頻率下，78LE516的運行電流大約為3mA。

四.電壓與CPU功耗成正比

從式（3）還可以看到，降低80C51的供電電壓能夠成比例地降低功耗。由圖1可知，選擇3V供電電壓要比5V供電電壓的功耗下降一半。隨著低電壓CPU的選擇，其它部分也要選擇低電壓的型號。我們選擇的器件全部可以工作到2.7V，最終確定工作電壓為3V，由穩壓電路提供穩定的輸出。此外，值得一提的是，3.3V也是一個較好的選擇，因為3.3V是W78LE516在線編程（ISP）的電壓下降，ISP是一個很有價值的功能，并且3.3V電壓一睥器件也較容易得到。

五、讓空閑模式和掉電模式占用更多的時間

80C51有三種工作模式：運行模式、空閑模式和掉電模式。正確編程以便使80C51在較多的時間內工作在后面兩種模式下，是PDA類產品降低功耗的有效途徑。對于W78LE516，2.4V供電電壓和12MHz時鐘頻率下，三種模式的電流消耗如表1所列。

表1 

模式運行空閑掉電電流（max）3mA1.5mA20μA低功耗的軟件原則是讓運行模式遠比空閑、掉電模式少占用時間，尤如一個占空比很小的脈沖，消耗的能量較少。在開機狀態下，靠中斷喚醒CPU，在短暫的時間內工作在運行模式，處理相應的事件，然后進入空閑（或掉電）模式；在關機狀態下，完全進入掉電模式。

PDA類產品的主要機時占用是顯示和按鍵的交互操作。僅在較短的時間內有大量的計算，需全速運行，顯示也是瞬間完成，大部分時間花在等待按鍵上。如果采用查詢方式，CPU鈄以運行模式等待按鍵，耗電較大；如果采用中斷方式，則可以由中斷喚醒CPU，讓較長的等待按鍵時間，都處在空閑模式（或掉電模式）。

中斷有兩種實現方式：一種是鍵盤接到外部中斷引腳，外部中斷喚醒CPU；一種是采用定時器中斷，定時喚醒CPU，完成鍵盤處理和其它工作后CPU又進入休眠狀態。

令人耳目一新的是，通常的80C51從掉電模式喚醒到運行模式，只能靠硬件復位；而78LE516可以通過第二途徑——中斷INT0和INT1來喚醒，這對于PDA類產品權為有利。因為掉電模式的功耗，會比空閑模式小2～3個數量級，整機功耗將會進一步降低。類似的功能在PHILIPS公司的PLC系列低功耗單片機中也提供。

六、外圍器件的合理使用

由于外圍器件的使用不是很頻繁，所以要選擇帶片選功能的外圍器件， 不使用它們時進入低功耗模式。

減少外圍器件的使用是PDA類產品降低功耗、減小體積的積極辦法，但這要視系統可行性而定，并需要軟件的配合。例如，使用78LE516內部64KB程序空間，對中等規模的系統已經足夠，可以不使用外部程序存儲器；使用好78LE516內部RAM，尤其是比80C52多出的內部256字節AUX RAM，可以節省外部RAM和尋址電路，這需要對軟件很好地規劃；78LE516的P4口可以義為指定外部地址的設備片選信號，可以節省外部地址譯碼電路。

不可小視CMOS器件未使用的輸入口。一個懸空的輸入端不但可能因為其高輸入阻抗而感應電荷，損壞器件，而且可能造成不斷喚醒CPU，不能進入掉電模式。假如輸入口感應到較高頻率的信號。增加的電流甚至高達20mA。這一結論從公式（1）的理論和開實踐都可以驗證。正確的處理辦法是將未使用的輸入接到Vcc或地。

七、關機后關斷整機電源

對于鈕扣電池供電的設備，關機態的電流消耗也是不可忽略的。10μm的關機電流累積一個月，就會消耗大于6%的電池容量。

關斷整機電流的簡單方法是用CMOS觸發器控制一個晶體管做的電子開關，通常開關三極管的截止電流小于500mA。

篇5

1 傳感器節點硬件能耗分析 

ZigBee 無線傳感器節點由傳感器、處理器、無線通信和電池4個模塊組成。傳感器模塊包含傳感器和數/模轉換電路；處理器模塊包括微處理器和存儲器；無線通信模塊包括網絡協議和射頻通信部分。降低硬件功率消耗的根本方法是采用低功耗的芯片，這樣還能夠提高傳感器節點能量的利用率。 

1.1 傳感器模塊 

傳感器模塊一般由傳感器和數/模轉換電路組成。模塊節能設計原則：（1）模塊功耗要低；（2）傳感器的體積要小；（3）傳感器的外圍電路要簡單。 

第一，由于傳感器的功率占系統功率的比例很小，一般選擇耗電量小的傳感器，最好采用數字傳感器。比如低功耗的溫濕度一體SHT75芯片可以進行數字式輸出；自帶應用交付控制器（ADC） 的單片機可實現A/D 轉換；Atmega128L芯片有8 個通道、采樣精度為10位的應用交付控制器。第二，傳感器的選擇要考慮啟動時間，因為傳感器在啟動時間內需要一個持續的電流維持工作，為了節省傳感器的能量，就需選擇啟動時間較短的傳感器。 

1.2 處理器模塊 

處理器模塊的核心是微處理器，是網絡節點的中央處理單元。它主要完成數據處理，控制和協調各部分模塊的工作，譬如信號處理、通信協議以及應用程序。微處理器功耗大小主要取決于運行時鐘、工作電壓、制作工藝和內部邏輯復雜度。如果微處理器運行速率越快，工作電壓就越高，其功耗必然就越大。第一，為了使微處理器的功率超低，使節點的生命周期增加， 微處理器必須同時支持多種工作模式：“運行”、“空閑”和“休眠”等。通過監測節點的正常工作狀態，把大部分時間內處于“空閑”狀態的節點進行“休眠”。第二，為了節省處理器能耗，就要求運行速率高，即處理器在最短的時間內能夠完成所需的工作后，快速由“運行”進入“休眠”狀態，。系統中常用的微處理器有MSP430系列和Atmega128L等超低功耗微處理器。MSP430系列16 位單片機總體性能在能耗方面有較大的優勢，但其工作電流、待機電流都很低。 

1.3 無線通信模塊低功耗設計 

在整個無線網絡傳感器網絡中，通信模塊消耗能量占的比例是最多。無線通信模塊是控制網絡節點之間的數據發送和接收，能量主要用于射頻信號和元器件對頻率進行合成、轉換、濾波等操作。收發器的數據率、調制模式和發射功率等都制約著無線通信模塊的能量消耗。因此，我們主要從采用射頻通信使用低能耗無線收發芯片、多工作方式、增加模塊的休眠時間和合適的調制機制等方面來降低通信模塊能耗。 

1.3.1 射頻通信模塊 

射頻通信模塊通常選用收發端電流穩定、待機電流小的芯片，譬如Freescale 公司生產的MC13192 芯片和CC2420芯片。MC13192芯片的供電電壓為2.7V，接收狀態耗電流為37 mA，發射狀態耗電流為34mA，其功耗很低，執行周期短。CC2420 是Chipcon 公司推出的一款兼容2.4GHz IEEE802.15.4 標準的有源射頻RF 芯片。其特點：（1）在系統沒有數據傳輸時， 將自動進入休眠狀態，節省電源；（2）CC2420的發射最大電流為17. 4 mA， 接收電流為18. 8 mA，待機電流為1 mA，喚醒時間小于1.5ms，其功耗小。 

1.3.2 無線收發器多工作方式和調制方式 

無線收發器常見的4種工作方式包括：發送、接收、空閑和休眠。假如系統進行小功率發射， 那么收發器的體系結構決定了發射模式和接收模式消耗的功率的大小。因此，收發器大部分時間都置于休眠狀態，在需要時激活一個占空比低的時片下進入工作狀態。調制方式的決定因素有數據速率、波特率、輻射功率和信道特性等。如果收發器發送的次數越少，則模塊的休眠狀態所持續時間就越長；如果收發器或者系統在調制過程中所提供的數據速率越高， 則模塊所消耗的能量就越少。 

2 ZigBee網絡協議低能耗設計 

網絡協議每一層都消耗著ZigBee 無線傳感器系統中能量，因此我們可以根據各層網絡協議的功能來設計不同的節能方法，到達降低能耗，延長系統壽命的目的。物理層協議是通過延長射頻模塊睡眠時間，數據流量的減少來達到低能耗的目的。此外還可以采用減少數據碰撞、直接序列擴頻增強系統抗多徑的穩定性等措施來降低能耗。網絡層協議低能耗設計主要從網絡冗余數據的收斂加速、數據融合、帶寬的高利用率和選擇能量有效路由等方面來考慮。應用層協議主要采用分布式數據庫和數據融合的技術，對采集的數據進行逐個篩選，來降低系統的能耗。 

3 結語 

由于無線傳感器的能量一般采用電池供應，這就制約了ZigBee傳感器網絡節點能量大小，所以能耗問題是無線傳感器首要解決的問題。本文從ZigBee技術的基本架構基礎上，分析了ZigBee網絡節點硬件和網絡協議的特點，為其降低功耗提供了技術措施， 節約電池能量， 延長網絡的壽命。 

參考文獻： 

[1] 于海斌，曾鵬.智能無線傳感器網絡系統[M].北京：科學出版社，2006. 

[2] 楊喜敏.傳感器網絡中的能量消耗問題研究[J].單片機與嵌入式系統應用，2006（1）：27-29. 

篇6

關鍵詞：絕緣子污穢；泄漏電流；遙測系統；MSP430F149

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2009)01-151-04

Design of Insulator Telemetry System Based on MSP430F149

LI Yaru

(Yangling Vocational Technical College,Yangling,712100,China)

Abstract：The design and realization of a kind of insulator contamination telemetry system for transmission line are introduced in this paper.This system measures the data of leakage current on surface of insulator,temperature and humidity of environment online through the data acquisition unit based on the theory of adaptive noise cancellation.The data is transmitted to remote supervision system by Short Message Service(SMS) based on GSM network,and analyzed by system software.When the contamination degree of insulator is serious,the system gives alarm signal in time.It provides scientific basis for plotting contamination zone correctly and realizing state examinination and repairment.

Keywords：contaminated insulator;leakage current;telemetry system;MSP430F149

0 引 言

高壓輸電線路絕緣子串的污穢閃絡是影響電網運行的重要因素之一。隨著電力系統的發展和大氣中各類污染的加劇,沉積在絕緣子表面的污穢層受潮后使絕緣子的外絕緣能力下降,并常引起污閃事故,嚴重妨礙著電力系統的安全、穩定、經濟運行。

目前,檢測輸電線路外絕緣污穢程度的方法有等值附鹽密度法、測量污層電導率法和測量絕緣子表面泄漏電流法。前兩者要在停電的條件下進行,相對傳統、落后,難以反映現場絕緣子污穢實時信息。而污穢絕緣子表面的泄漏電流是在運行電壓作用下受污表面受潮后流過絕緣子表面的電流,是運行電壓、氣候(大氣壓力、溫度、濕度等)、污穢三要素綜合作用的結果,是一個動態參數。泄漏電流大小與絕緣子污穢程度密切相關,因此檢測高壓輸電線路絕緣子泄漏電流具有實際工程意義。

輸電線路桿塔分布廣,桿塔上的泄漏電流監測分機的數據信息需用無線方式傳輸；同時,分機工作于高壓輸電線路桿塔上,通常采用太陽能供電,因此要求系統功耗低、可靠性高。利用TI公司最新推出的低功耗芯片MSP430F149內部豐富的硬件資源和MORTOROLA公司生產的G18 GSM數據通訊模塊構建的輸電線路絕緣子污穢遙測系統是一種低成本、低功耗、高可靠性的技術方案。

1 監測原理

由于流過絕緣子的泄漏電流脈沖的最大幅值表征了該絕緣子接近閃絡的程度。因此系統把絕緣子上的泄漏電流波的最高峰值作為表征污穢絕緣子運行狀態的特征量。以光滑圓柱絕緣子為例,其在電壓U的作用下沿整個絕緣子表面的泄漏電流為：

IL=URn=ULπγnD=ELπγnD

(1)

式中：Rn為絕緣子在均勻污染和濕潤條件下的電阻；L為沿絕緣子表面的爬電距離；

D為絕緣子的直徑；γn為濕潤污穢層的表面電導率；EL為沿爬電路徑的平均電場強度。

而對任意形狀的絕緣子,取其沿爬電路徑的微分段dl,則沿爬電路徑微分段的濕潤污穢表面電阻為：

dRn=dlπγn(l)D(l)

(2)

式中：l為沿爬電路徑的線坐標；γn(l)和D(l)為任意坐標值處的絕緣子表面電導率和直徑。

因此,絕緣子整個表面的電阻為：

Rn=∫L0dRn=1π∫L0dlγn(l)D(l)

(3)

當爬電路徑的表面電導率為常數時,式(3)改寫為:

Rn=1πγn∫L0dlD(l)=fγn=LπγnD eq

(4)

式中：f為絕緣子形狀系數,f=1π∫L0dlD(l)=LπD eq;D eq為絕緣子的等效直徑,D eq=11L∫L0dlD(l)。

當沿爬電路徑的表面電導率為變數時,可引入平均表面電導率的概念,即:

n=f/Rn=Gnf

(5)

故流過任意形狀絕緣子表面的泄漏電流為:

I=URn=Unf=ULπnD eq=ELπnD eq

(6)

式中：EL為沿爬電路徑的平均電場強度。

圖1所示曲線為自然污穢絕緣子交流閃絡過程的典型示波圖(升壓法),從運行中對污穢絕緣的監視和預報角度出發,可將其分成三部分。如果以閃絡電壓為基準的標么值表示,A點和B點的電壓標么值分別為0.5和0.9,A點之前稱為非預報區,A~B之間稱為預報區,B點之后至閃絡為危險區。

圖1 自然污穢絕緣子交流閃絡過程的典型示波圖

從示波圖可以看出,自然污穢絕緣子泄漏電流的特點是出現在預報區的泄漏電流呈不穩定狀態,常以脈沖群出現,并伴有局部的電弧形成和熄滅,預報區的泄漏電流脈沖群幅值多為幾十至幾百毫安,其寬度常為幾個至幾十個周波［1］。

正因為污閃的發生要經歷以上幾個階段,使得通過在線監測絕緣子的泄漏電流幅值和脈沖數及環境參數來估計絕緣子的污穢程度,并在污閃發生之前給出預警成為可能。

2 遙測系統總體方案設計

在輸電線路的被監測桿塔上安裝一臺數據監測分機,自動采集、處理該桿塔上絕緣子串的泄漏電流及其環境溫濕度等信息,并將其通過打包存儲并定期通過GSM網絡以點對點短消息(SMS)方式或通用分組無線業務(GPRS)方式傳送給遠方系統主機。在總站安裝一臺系統主機,接收分機發來的有關數據信息,并進行分析、判斷、處理。同時系統主機設置有網絡接口供有關部門進行遠程數據信息查詢。整個系統結構如圖2所示。

圖2 系統結構圖

3 數據監測分機設計

3.1 數據監測分機工作原理

數據監測分機的工作原理：分機循環采集桿塔上各路絕緣子串泄漏電流。首先泄漏電流信號經過電壓、過電流保護后由屏蔽電纜引入泄漏電流傳感器,經傳感器放大后進入信號調理電路,在調理電路中信號先經抗干擾抑制處理,然后被變換成電壓信號,并經過濾波處理和PGA增益放大后送入高速A／D轉換器進行轉換,從而得到一系列各路信號的采樣值。這些采樣值經計算處理后即得到泄漏電流的幅值和不同幅值區段的脈沖數。同時分機還采集桿塔現場的環境溫濕度等數據信息,這些信息經打包處理后存入E2PROM中。

分機數據信息利用GSM數據通訊模塊通過GSM網絡以短消息方式傳送給系統主機。正常情況下分機定期主動發送信息,一旦污穢過度,分機立即發送告警和錄波信息。

分機采用太陽能電池板加蓄電池的供電方式。分機硬件原理框圖如圖3所示。

圖3 數據監測分機原理框圖

3.2 微處理器的選擇

系統中數據監測分機的MCU采用TI公司最新推出的MSP430系列超低功耗微處理器MSP430F149,該芯片內部集成了豐富的資源,如高性能12 b A/D、模擬比較器、硬件乘法器、兩個串行口、兩個16 b脈寬調制定時器、60 KB的低功耗FLASH、2 KB的內部RAM,同時它具有多種低功耗模式,適合于設計片上系統和電池供電的場合。其中硬件乘法器是一個16 b的片內外設,它獨立于CPU之外運行,不占用CPU任何時間,適宜于大量運算。系統采用充分利用該芯片內部豐富的資源并運行于低功耗模式、在信號調理電路采用低功耗芯片、降低充電管理模塊的功耗、GSM通訊模快定期打開等降功耗措施后,使整個分機平均功耗低于3 mA。

3.3 泄漏電流的采集

泄漏電流的變化范圍通常從幾十微安到幾百毫安,且有高頻放電脈沖。在干燥且污穢較輕的情況下,泄漏電流通常為幾十微安至幾毫安；當污穢較重而且天氣潮濕時,泄漏電流可達幾十毫安；一旦發生閃絡時,泄漏電流可達幾百微安。

為了對微小的泄漏電流信號進行精確測量,系統采用了TI公司的高精度運放OPA4277,該運放低噪聲,輸入偏移電壓漂移小于0.15 μV/℃,開環增益最高可達160 dB,轉換速率最高可達2.3 V/ns,滿足系統高速循環采樣要求。圖4為以OPA4277構建的泄漏電流信號調理電路。

同時,為了能檢測出高頻放電脈沖,系統根據信號變化的劇烈程度實時調整采樣頻率。一般由前一周波所得泄漏電流信號幅值和脈沖頻次來確定；當信號幅值和脈沖頻數較小時,按每周波24點采樣,以便降低功耗；而信號幅值和脈沖頻數較大時,按每周波96點采樣,以便捕捉高頻脈沖等瞬變信號。

圖4 泄漏電流信號調理電路

3.4 串行器件模塊電路

E2PROM 分機采集到的數據信息經打包后存入串行E2PROM 24C256中,總共8 KB的存儲空間用于暫存定期采集的歷史數據和錄波數據。受容量限制,大量錄波數據一般都要求立即發送,以便留出更多空間用于存儲歷史數據。

時鐘電路 選用了DALLAS半導體公司的時鐘芯片DS1302。它可以產生秒、分、小時、日、星期、月及年等七個時標,并可以通過編程來讀取和修改這些時標。同時該芯片采用雙電源供電,以鋰電池作為后備電源,保證了時鐘電源的可靠性。采用硬件時鐘可以不占用單片機的定時器資源,同時減輕了軟件設計量。

溫濕度模塊電路 選用了SENSIRION公司生產的溫濕度測量芯片SHT71,該芯片內部集成了一個溫度傳感器、一個濕度傳感器和一個14 b的A/D轉換器及一些修正校驗電路。通常情況下芯片處于省電模式,當接收到來自CPU的轉換命令時,將傳感器的輸出模擬量經A/D轉換成數字量,并由串行數據線輸出到CPU。該芯片測量精度高,測量范圍寬(濕度：0~100%；溫度：-40~+120 ℃),體積小,功耗低。

以上3種芯片都具有寬電源工作模式,能在3 V電壓下工作,降低了系統功耗。圖5為串行E2PROM和時鐘電路原理圖。

圖5 串行E2PROM和時鐘電路原理圖

3.5 分機的電磁兼容(EMC)設計

分機工作于高壓輸電線路旁,處于惡劣電磁環境中,常會受到強電磁輻射干擾、靜電放電干擾、高頻脈沖干擾、電快速瞬變干擾、雷電沖擊等。一方面高頻噪聲干擾疊加在泄漏電流這個微弱信號上給測量帶來誤差,影響檢測效果；另一方面這些干擾和沖擊作用在微電子設備上輕則使分機系統紊亂,數據測量錯誤,導致系統誤報警,重則使系統“死機”,甚至使系統硬件損壞。

針對不同干擾系統采取了相應措施。為了防止輻射干擾通過信號線進入裝置,從集流環到分機的外露信號線全采用雙層屏蔽電纜,并使屏蔽層可靠接地,整個分機也被置于一個金屬密閉箱中；為了防止雷電沖擊等高電壓和大電流信號進入裝置,在泄漏電流傳感器前端并聯有避雷器以防高壓、串聯有可恢復熔斷絲以防止大電流信號,并在每個模擬量輸入回路均設有瞬變二極管等高電壓抑制元件；為了減輕電快速瞬變干擾對裝置的影響,提高系統的抗共模、差模干擾能力,在泄漏電流輸入回路的前端設有共、差模扼流圈及吸收電容等,使裝置抗快速瞬變干擾能力達到了四級標準,共、差模扼流圈如圖6所示；采用硬件看門狗及非法指令中斷、對重要數據如定值等采用多重備份等措施,保證了分機常年免維護正常運行。

圖6 加在泄漏電流輸入回路的共、差模扼流圈

4 無線通訊設計

由于輸電線路桿塔分布廣,系統將分機監測到的數據用有線組網傳輸顯然是不現實的。采用RF發射/接收模塊,因通訊距離受到限制而必須采用接力方式,這使整個系統的通訊可靠性受到限制。采用基于GSM網絡的短消息業務,通過給每個分機分配惟一的地址(SIM卡號),將現場采集的數據信息打包,建立無線通訊網絡,為每個分機提供了網絡化通信接口。可以從根本上解決輸電線路絕緣子監測分機分布廣、距離遠而難于用有線方式組網的難題,實現監測分機與系統主機之間數據的遠程雙向傳輸。

數據監測分機中內置了MORTOROLA公司生產的G18 GSM數據通訊模塊。G18是集成的無線調制解調器,相當于DCE(數據通信設備),其內部集成了GSM的微處理器,支持語音、數據、短信等服務。它帶有標準的RS 232串行接口,單片機可以通過RS 232口向其發送和接收各種信息。而且其可在3 V電壓下工作,睡眠模式下的消耗電流為10 mA,關斷模式下的消耗電流為150 μA,功耗低。

短消息業務是GSM系統提供的一種有別于語音傳輸的通信業務,主要包括點對點短消息業務和小區廣播短消息業務。本系統利用的是點對點短消息業務,它是通過信令信道傳送簡短信息的業務,編碼后單條短信長度為140 B,可以承載160個英文字符或70個漢字。短消息通信有三種模式：塊模式、文本模式、PDU(協議數據單元)模式。其中在PDU模式下,每條短消息用戶數據最大長度為140 B。

根據分機與系統主機之間傳輸數據的類型自定義了通訊協議,將數據信息分為上行和下行兩種：上行信息是指數據監測分機將現場數據信息(包括歷史數據、報警數據、實時數據)及各種下行命令返回信息,這些信息通常主動上送系統主機；下行信息是指系統主機向數據監測分機發送數據信息,包括數據請求和各種定值的修改。每條短消息的用戶數據部分按如下格式構成：數據類型+有效數據信息+校驗碼。為了減少數據通訊誤碼,提高抗干擾能力,軟件上采取了校驗措施,保證了整個系統的可靠通訊。圖7為分機以短消息形式收/發數據信息的流程圖。

圖7 分機收發短消息流程圖

5 系統主機軟件設計

監測系統主機軟件基于Windows 2000／98平臺,采用Visual Basic面向對象語言編制而成。包括無線數據通訊、參數設置、數據查詢、自動巡測、人工點測、數據分析等功能。限于篇幅,不再詳述。

6 結 語

利用MSP430F149單片機設計的基于GSM網絡的輸電線路絕緣子遙測系統,在任何惡劣環境條件下都可以全天候自動監測各桿塔絕緣子的污穢狀態信息,并在污穢越限時告警。目前該系統已經有多套應用到西北地區和華中地區的輸電網絡,性能穩定,準確測量了流過絕緣子串表面的泄漏電流,較客觀地反映了被監測線路絕緣子的污穢狀況,為準確劃分污區和及時修訂污區分布圖提供了參考依據,提高了電力系統運行管理水平。

參考文獻

［1］顧樂觀,孫才新.電力系統的污穢絕緣［M］.重慶：重慶大學出版社,1988.

［2］Metal Leite D.Registration Instruments for Measurements of Leakage Currents on Polluted Insulators［A］.6th ISH,12.07\.New Orleans,1989.

［3］Getal Lang P.Online Leakage Current Monitoring of Line Insulation［A］.8th ISH,48.09\.Yokohama,1993.

［4］Texas Instrument.MSP430x14x Mixed Signal Microcontroller\.2000.

［5］秦龍.MSP430單片機應用系統開發典型實例［M］.北京：中國電力出版社,2004.

［6］魏小龍.MSP430系列單片機接口技術及系統設計實例［M］.北京：北京航空航天大學出版社,2002.

［7］胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機［M］.北京：北京航空航天大學出版社,2001.

［8］Motorola,G18 Modem Integration and Application Developers Guide Version 2.0\.

［9］何立民.I2C總線應用系統設計［M］.北京:北京航空航天大學出版社,1995.

篇7

關鍵詞:實時時鐘 RTC 晶振

1 RTC結構特點

實時時鐘的基本功能是保持跟蹤時間和日期等信息,但許多RTC還提供有多種附加功能,如:看門狗定時器、系統復位、非易失存儲器(NV RAM)、序列號、方波輸出、涓流充電等。因此,在進行電路設計時,選擇RTC芯片出了需要考慮其時間和日期跟蹤功能外,通常還需要針對具體應用來對RTC的功能、成本、尺寸等要求進行綜合考慮。

1.1 接口方式

從接口要求入手選擇RTC可以大大縮小芯片的選擇范圍。RTC芯片提供有多種接口方式,其中并行接口可實現存儲器的快速訪問或有較大的存儲容量,適合于那些對價格、尺寸要求不是很荷刻的系統,許多采用并行接口的實時時鐘芯片還與晶振和電池封裝在一起構成一個完整的時鐘模塊,從而簡化了硬件設計。并行接口包括復用總線(數據與地址總線復用)和獨立的地址、數據總線。一般用于時間保持的NV RAM都采用與SRAM相同的控制信號,并可以方便地與常用的微處理器容量。另外,有些Phantom實時時鐘還將時鐘數據隱含在備用電池支持的RAM內,以便利用64位軟件協議來訪問時鐘數據。

一般情況下,串行接口時鐘芯片都具有外形尺寸較小、成本低廉等優勢,但這類芯片的通信速率一般較低,因而比較適合便攜式產品。這類芯片通常包括1-Wire接口、2線、3線、4線或SPI接口,而許多處理器也包括2線或SPI接口,當然,也有些處理器(如8051及其派生產品)則支持復用的地址和數據總線。

1.2 備用電池

在有些應用中(如VCR),時鐘和日期信息在系統掉電時將會丟失,而在大多數應用中要求系統主電池斷電時仍保持時鐘和日期有效。為保持時鐘振蕩器持續運轉,可采用主/輔電池結構或大電容配合主電源為時鐘電路供電,這樣,RTC芯片內部還必須提供兩組電源的切換電路。如果用電池(如Li+電池)作為備份電源,RTC設計還應該注重低功耗指標,以使其在電池供電時具有盡可能低的功耗。電源切換控制電路通常由主電源供電,需要時可切換到電池供電,并將RTC置為低功耗模式,電池供電時,可禁止微處理器與RTC之間的通信(通常被稱為寫保護),以使電池電流降至最小,同時避免數據被破壞。

在采用電池為電池系統供電時,時鐘電路耗電最大的部件是振蕩器,對于那些嵌入了晶振和電池的時鐘模塊(如DS12C887),由于振蕩器在出廠時處于禁止狀態,因此電池的損耗電流主要是電池的自放電,室溫下,電池自放電每年的消耗能量大約占電池容量的0.5%。有些時間保持NV RAM模塊利用時鐘來控制IC和SRAM,出廠時,振蕩器處于禁止狀態、SRAM與電池斷開,只有模塊在主電源供電并第一次與時鐘電路斷開時,電池才與SRAM接通。這一功能常被稱作電池保鮮。Dallas Semiconductor的絕大多數RTC都提供有一個電池輸入引腳和一個內部反向充電保護電路。由于Li+電池的額定溫度是-40℃~+85℃,因此,使用時應確保環境溫度不要超出+85℃。

1.3 時鐘格式

在電路設計中使用的時鐘格式主要有三種:BCD碼、二進制碼、未格式化的二進制計數值。其中BCD碼比較通用,因為它的時間和日期可以直接顯示,且不需要進行數據轉換,每8位寄存器表示一個二位數,對于某些特殊的時間和日期,由于不占用全部8位數據,因此,不用位可以充當一些特殊功能(如用作讀/寫位),也可以在硬件讀取時時終保持固定狀態(1或0)。二進制碼格式與BCD碼一樣具有獨立的秒、分鐘、小時、星期、日、月、年寄存器,在一些提供BCD碼格式的RTC中,常常也提供可選擇的二進制碼格式。時間和日期寄存器每秒鐘更新一次,日期循環與月、年有關。星期寄存器與其它寄存器的變化關系不大,在子夜更新數據,數據從7至1循環變化,程序中可以用1表示任何一個特定的星期數,只要在整個程序中指定數值保持一致即可。在12小時制與24小時制或BCD碼與二進制碼之間進行轉換時,時間、日期、鬧鐘寄存器需要重新進行初始化。二進制計數碼用一個多字節(一般為32位)寄存器來存儲時間信息,時間信息用一個秒計數值表示,并可通過軟件將秒計數值轉換為合理的時間和日期。

另外,在選擇RTC時,還需要考慮千年(Y2K)兼容性問題,Y2K兼容的RTC包含有世紀信息(提供世紀數值或世紀位),并可正確地計算潤年,Dallas Semiconductor提供的RTC均兼容于Y2K,而且不存在日期敏感的邏輯。

2 設計考慮

2.1 晶振與精度

晶體振蕩器在固定頻率振蕩器中能夠提供較高的精度,絕大多數RTC采用32.768kHz的晶體,晶體振蕩器輸出經過分頻后會產生1Hz的基準來刷新時間和日期。RTC的精度主要取決于晶振的精度,溫度變化時,音叉晶振所具有的拋物線型的頻率響應特性曲線如圖1所示,23ppm的溫漂大約每月產生1分鐘的時鐘誤差。晶振一般在特定的電容負載下,其調諧振蕩在正確的頻點,而當晶振調諧于12.5pF負載的RTC電路中時,使用6pF負載的晶振將會使時鐘變快。Dallas Semiconductor提供的所有RTC均采用內部偏置網絡,因而晶振可直接連接到RTC的X1、X2引腳,而不需要額外的元件。由于RTC的晶振輸入電路具有很高的輸入阻抗(大約109Ω),因此,它與晶振的連線猶如一個天線,很容易耦合系統其余電路的高頻干擾。而干擾信號被耦合到晶振引腳將導致時鐘數的增加或減少。考慮到線路板上大多數信號的頻率高于32.768kHz,所以,通常會產生額外的時鐘脈沖計數。因此,晶振應盡可能靠近X1、X2引腳安裝,同時晶振、X1/X2引腳的下方最好布成地平面。圖2是一個推薦的晶振布線圖,其數字信號引腳需遠離晶振和振蕩器引腳,對于那些會產生明顯的射頻輻射的元件,設計時應加以屏蔽,并使其遠離晶振,特點是低功耗晶振,它對鄰近的射頻干擾非常敏感,往往會導致時鐘加快。

另外,由于振蕩器啟動時間、晶振的性能以及線路板的布局有關。實際上,較大的等效串聯電阻(ESR)和過大的電容負載都會延長振蕩器的啟動時間,而且,ESR較大時,還會造成較大的功率損耗。因此,設計時應按照對晶振特片參數的要求來選擇晶振,同時應提供合理的線路板布局以便使啟動時間能夠控制在1秒鐘以內。

2.2 功耗問題

許多實時時鐘都采用電池供電,典型應用是利用一塊小的鋰電池在主電源掉電時直接驅動振蕩器和時鐘電路。為有效延長電池的使用壽命,振蕩器必需消耗盡可能少的能量。為了保證這一點,應謹慎考慮振蕩器的設計。典型的高頻振蕩電路ESR較低,但設計中一般會留出5倍、甚至10倍的ESR裕量,而低頻晶振則具有較高的ESR。對于一個RTC振蕩器,或許留出2倍的負阻裕量即可,振蕩器的負阻裕量越小、耗電越低,但是,這種電路對寄生參數、噪聲非常敏感。此外,振蕩電路的負載電容對功耗也有一定影響,雖然12.5pF內部負載的RTC的耗電要比6pF負載的RTC大,但是,它通常具有更高的抗干擾能力。

3 典型應用電路

篇8

關鍵詞：MSP430 自動控制 上位機 輪詢方式

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0134-03

當前我國農業灌溉水平低，但是節水潛力巨大，節水灌溉技術的應用和推廣，是緩解我國水資源緊缺的戰略選擇，是建立節水型社會的需要[1]。現有的智能灌溉系統控制器通常采用MCS51等其它微控制器作為控制芯片，并配以較多的模擬電路和邏輯門電路，其設計復雜，功耗、穩定性和可靠性難以得到保證[2]。如今，隨著計算機技術的飛速發展，一些復雜的數據處理完全可以交給計算機通過上位機軟件完成。

本文將分別從硬件編程和軟件上位機兩個方面，結合電路，介紹一種以MSP430為主控制器的、穩定的農田自動灌溉系統。

1 系統整體構架及工作原理概述

這種農田自動灌溉系統的整體執行思路如圖1所示，本系統采用的是離散型控制系統，其具有三級結構。系統從下到上依次為：傳感器檢測與灌溉執行部分，MCU自動檢測控制部分，田間監控中心。

底層的傳感器有多種，分別對土壤的溫度、濕度等進行檢測。本系統能根據采集到的土壤濕度情況進行自動控制灌溉，其余采集到的環境參數供人員參考，做出合適的施肥灌溉決定。這些傳感器或設備受到MCU控制，將信息呈遞到單片機，通過其內部集成的12位ADC對數據進行處理，從而判斷是否需要灌溉，并將數據通過無線通訊模塊發送到田間監控中心。

田間監控中心可以修改田間各節點判斷灌溉的標準值，能夠按時接收并儲存各節點的環境參數，記錄灌溉情況，通過折線圖或列表形式顯示。當田間發生火災或其他異常情況時，軟件通過網絡自動發出短信提示人員前去查看。此外，上位機能自動從網上下載天氣信息，協助實現自動灌溉功能。

2 系統硬件部分

2.1 主控芯片

MSP430系列單片機是由TI公司1996年推出的一種16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器。

本系統的主控模塊采用MSP430F2553微處理器。MSP430系列單片機是具有精簡指令集的超低功耗的16位單片機。它的最高工作頻率可達25MHz，同時具有256KB Flash、16 KB RAM，內含硬件乘法器、12位ADC，以及SPI模塊[3]等，四種超低功耗模式，非常適合低功耗產品開發。它具有五種低功耗模式，在不同的模式下消耗電流為0.1～340 uA[4]，是目前功耗最低的單片機。另外它從低功耗模式轉到活躍模式，需要的時間僅為6 us，可以被快速喚醒。因此該微處理器被廣泛用在智能傳感器、實用檢測儀器、點擊控制、便捷式儀表等領域[5，6]。

2.2 傳感器選用

本系統的檢測部分分別對土壤的溫度、濕度等環境參數進行檢測，其中土壤溫度傳感器采用DS18B20，土壤濕度傳感器采用FDR土壤濕度傳感器。

土壤溫度傳感器采用的是不銹鋼封裝的DS18B20，如圖2所示。其具有現場安裝簡單、控制方便、系統性能好、易于擴展等特點[7]，插入土壤對地溫進行檢測，精度較高、工作穩定，單片機與其進行單總線通訊獲取溫度值。

FDR（Frequency Domain Reflectometry） 土壤濕度傳感器，見圖3，利用電磁脈沖原理，根據電磁波在土壤中傳播頻率測試土壤的表觀介電常數ε，得到土壤容積含水量（θv）[8，9]。其輸出信號為模擬電壓0～ 1.1V，本系統利用MSP430F5438內部的12位ADC直接對其采集到的數據進行處理得到土壤濕度。

2.3 電源模塊

系統供電采用電源轉換器直接將220 V交流電轉為12 V直流電，用于給水泵和土壤濕度傳感器供電。MSP430單片機的供電電壓為3.3 V，為保證散熱效果，采用二級降壓的方式分散熱量，集成LM2596與LM1117，依次將12 V直流電壓轉為5 V和 3.3 V電壓，取3.3 V為MSP430F5438、土壤溫度傳感器及無線通訊模塊供電。電路圖如圖4所示。

2.4 灌溉控制模塊

灌溉控制模塊由單片機、繼電器和水泵組成。單片機根據采集到的土壤濕度，結合此時地溫等條件，判斷是否需要進行灌溉。滿足灌溉條件時，由P3.0口送出控制信號控制至光耦，光耦接通使繼電器開啟，從而開啟水泵。系統中水泵的額定電壓為12V，繼電器作為水泵的開關，選用12V繼電器，因此在電路中并聯續流二極管保護電路。如圖5所示。

2.5 無線通訊模塊

本系統采用的無線通訊模塊為美國TI公司出品的CC1101。CC1101是一款低于1 GHz高性能射頻收發器，其內部集成了一個高度可配置的調制解調器，支持多種調制格式，最高數據傳輸率為500 kb/s。在發射狀態下，其發射功率可通過編程調節，最大發射功率可達+10 dBm，接收靈敏度最佳為-110 dBm，抗干擾能力強，且功耗極低，可用于極低功耗的RF應用。它與MSP430F5438結合，使系統更為節能。

3 單片機控制部分

3.1 田間節點及灌溉控制部分

田間節點以MSP430F5438為控制核心，結合各傳感器、繼電器、水泵、無線模塊，共同構成。以開發平臺IAR Embedded Workbench為開發環境，對MSP430F5438進行C程序開發，這款軟件具備高度優化的IAR AVR C/C++編譯器，可以有效提高用戶的工作效率。

對田間節點的環境參數檢測、數據發送及控制灌溉，由MSP430F5438單片機控制執行。土壤濕度的上下閾值保存在E2PR

OM中，可通過上位機軟件發送更改預設值命令，更改土壤濕度預設值即灌溉條件。單片機控制灌溉的基本流程如圖6所示。

田間監控中心有中央通訊模塊，通訊模塊由MSP430F5438和CC1101組成。中央通訊模塊通過串口與上位機進行通訊，對田間節點采用輪詢方式進行無線傳輸，避免信息擁塞。

此外，用戶還可直接使用上位機軟件發送灌溉命令到單片機，開啟水泵灌溉。

3.2 無線通訊部分

本系統中無線收發模塊采用CC1101，正常情況下，每隔固定的時間發送一次數據，因此通訊模式為輪詢通訊模式。輪詢方式的工作原理為，總線信道上有一個主站和N個子站，主站向子站發送詢問命令，子站收到后才可利用信道，以避免信息擁塞。通過MSP430編程對CCll01的4線SPI接口和GDO2測試接口進行配置，結合MSP430的時鐘，將各田間節點的CC1101設置成輪詢通訊模式。

4 系統上位機軟件部分

4.1 開發環境

本上位機軟件收集單片機檢測的溫度、濕度、PH值等數據，經過適當處理，存儲到數據庫中并以折線圖和列表的形式顯示。由于Windows API復雜、難度大，本上位機采用C#語言，在Visual Studio 環境下開發完成。.NET集成了大量類庫，使用非常方便，可以滿足用戶的各種要求。

4.2 軟件上下位機通訊設計

本上位機使用SerialPort類進行串口通信，SerialPort類為應用程序提供了通過串口收發數據的簡便方法，具有功能強大，通信快速，實時性好等特點。此外還使用了Timer控件，當Timer控件啟動后，每個一個固定時間段觸發相同時間。用Timer控件實現了數據接收。

4.3 自動繪圖功能的實現

關于折線圖的顯示，本上位機使用Zed

Gragh控件進行折線圖的繪制，ZedGragh是一個開源的.NET圖表類庫。此類庫比.NET自帶類庫使用更加靈活方便。使用DataGridView控件實現以列表的形式顯示數據。Form1窗體是本上位機的主窗體，擁有各種功能按鈕，并進行折線圖顯示，List窗體是Form1窗體的子窗體，負責進行列表顯示。

系統采集全天的溫度信息并以折線圖顯示界面如圖8所示。

4.4 異常時短信報警功能的實現

報警是指，當上位機接收到的某些數據超過上限值時會發送短信提醒用戶，如田間發生火災等。手機短信發送是本上位機的擴展功能。通過C#編程，實現上位機給手機發送短信，當客戶不在PC端時提示客戶的功能。該功能的原理是通過一些運營商提供的接口實現的。本上位機采用可發送短信的Web Service，Web Service是新浪網提供的、可供用戶直接調用的發送短消息的Web Service。Web Service中提供了一個發送短消息的方法"sendXml"。此方法的語法格式如下：

string sendXml（carrier，userid，password，mobilenumber，content，msgtype）

carrier：運營商名稱

userid：新浪網上注冊的手機號

password：成功注冊手機后的反饋密碼

mobilenumber：目標手機號碼

content：所要發送短消息的內容

msgtype：發送短消息以文本信息形式發送，輸入"Text"

4.5 上位機軟件其他功能原理及實現

數據保存，通過上位機控制根據用戶需求將接受到的數據保存起來，以便以后可以再次讀取歷史數據。為了數據的安全性，本上位機將數據保存到數據庫中，使用的是Oracle數據庫。基本功能實現流程如圖9所示。天氣信息通過中國氣象局提供的API獲取，根據獲得的晴雨天氣，給下位機發送信息協助判斷、控制灌溉。歷史數據可按照溫度、濕度、pH值按鈕顯示不同數據，可以選擇具體時間或具體節點查看環境情況。

5 結語

本文介紹的節水灌溉自動控制系統，利用MSP430單片機內部的ADC模塊使得電路設計簡單化，田間各節點的單片機收集環境參數并自動判斷灌溉，上位機通過網絡獲取天氣信息、檢測環境參數正常，輔助判斷是否應灌溉，并且能對田間每各節點的灌溉參數進行修改，實現自動控制灌溉。

實驗證明，該系統具備較好的穩定性，節能且運行可靠，可以滿足基本農業生產需要，使用方便，節水節能。但對于數據的處理性不強，仍需做完善。在硬件和軟件方面仍具備可延展性，可采集周邊環境參數如光照、雨量、CO2等，結合信息融合、PID等算法，提高系統對周圍環境的分析能力，滿足不同用戶的需求。

參考文獻

[1] 馬成，周進祥.淺析我國農業節水灌溉現狀及發展[J].科技傳播，2009，9下：31-32.

[2] 劉善梅，彭輝.基于MSP430的智能灌溉系統設計[J].農機化研究，2010，7：117-120.

[3] 齊懷琴，張松，王晗.基于MSP430F5438的超低功耗森林火災預警系統設計[J].測控技術，2013，32（1）：28-31.

[4] Texas Instruments Incorporated. Msp430x1xx Family User's Guide[EB/OL].2009-10-01.http：//.

[5] 秦龍.MSP430單片機應用系統開發典型實例[M].北京：中國電力出版社，2005：1-345.

[6] 胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機[M].北京：北京航天航空大學出版社，2001：1-316.

[7] 張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應用[J].儀表技術，2010，4：68-70.

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篇10

技術趨勢一：更精細的面板制造工藝

很多品牌的移動設備都將液晶顯示屏幕的高分辨率作為賣點，并且從市場的反映來看，消費者確實能夠察覺到分辨率提升所帶來更好的效果，并且也愿意為其買單，因此嘗到甜頭的廠商自然依舊會在這個方面繼續下功夫。而對于液晶面板廠商而言有多種辦法與手段配合來達到這個目的，進一步提升制造面板工藝就是其中之一，液晶面板的制造工藝會越來越精細。

技術趨勢二：超低功耗驅動技術

降低功耗始終是各個廠商需要面對的問題，尤其是針對移動設備而言，在電池技術發展緩慢的情況下，作為耗電量最高的部件，液晶屏幕的功耗在很大程度上決定了移動設備的待機時間。除了從液晶面板開口率、TFT材質等方面之外，2014年液晶面板廠也將會從驅動電路方面入手來進一步降低液晶屏幕的耗電量。

技術趨勢三：LTPS低溫多晶硅技術

LTPS低溫多晶硅技術雖然只是在今年我們才經常聽到這個名詞，但實際上很早液晶面板廠商就有研究。從2006年開始到現在，液晶面板廠一直在改善其分子的彈性穩定性（ELA stability），而從2014年開始，LTPS低溫多晶硅技術也會有一定的改善，其采用了選擇性結晶分子，其目的是提高像素開口率，增加傳輸速度和亮度，同時或可以通過減少背光照明達到降低能量消耗的目的。

技術趨勢四：超窄邊框技術

近幾年不論是平板電視還是液晶顯示器，很多廠商都在推廣一種叫做“無邊框”的理念，當然其并不是讓顯示設備真的沒有邊框，而是在它們不工作時讓屏幕表面與邊框融合在一起，造成一種沒有邊框的錯覺。盡管其還是有邊框的存在，但相對于傳統產品其邊框厚度已經有了大幅度的縮減，而在2014年，進一步縮小邊框也是他們研究的任務之一。

技術趨勢五：更高的刷新率（液晶面板驅動電路的更新）

由液晶顯示技術天生的“頑疾”，液晶分子在發生偏轉時需要一定的時間，我們將這段時間稱為“響應時間”，因此在表現動態畫面時都會出現模糊、不清晰的情況。尤其是在平板電視領域，消費者關注的就是動態畫面的清晰度，因此在液晶分子響應速度無法繼續提升的情況下，各大廠商就只能通過刷新率來入手，而通過對液晶面板驅動電路部分的更新則是最為有效的。

技術趨勢六：光學觸摸校準方式

蘋果iPhone的出現讓大家開始習慣用觸摸的方式來操作手機，下一代iPhone可能會采用更先進的觸控液晶面板。上游廠商從來沒有放棄對觸摸相關技術、硬件的改善，如LG Display在近年推出的 in cell觸控一體式的液晶面板等。而據液晶面板廠商透露，明年下一代蘋果iPhone手機將采用新的光線觸摸校準方式，其將進一步提升觸摸的精準性和流暢性，在增加觸摸信號傳輸速率的同時還可以增強屏幕的性能。當然即使iPhone下一代產品沒有采用這項技術，相信它的競爭對手們也不會錯過。

技術趨勢七：Oxide TFT金屬氧化物薄膜晶體管

Oxide TFT金屬氧化物薄膜晶體管在2011年上市，如夏普的IGZO液晶面板以及LG Display推出的AMOLED都采用了這項技術，不過受限于產能和技術的成熟程度，它并沒有大規模的量產，而從明年開始除了LG Display和夏普之外，其他液晶面板廠商也將會加入到這個戰局中，有助于降低其成本并大規模生產。Oxide TFT同樣可以幫助減少邊框寬度，它們的高電子遷移率可以減少GOA（柵陣列）的電路尺寸，同時也可以降低液晶面板的功耗，并有助于制造高分辨率的產品。

技術趨勢八：Quantum Dot BLU量子點技術

對于一塊顯示屏幕，除了能夠通過提升其分辨率增加細膩度來獲得更好的體驗之外，提升屏幕的色彩飽和度也可以更討好人們的眼球。基于Quantum Dot BLU量子點技術為的背光源可以同時提高發光效率和色彩飽和度。相較于傳統的提高色彩飽和度的方式，如使用會影響傳輸速度的色彩抗蝕劑，這種方式更為先進，可以使用較小成本就能讓小尺寸屏幕的NTSC色域值達到100%以上（通常為72%左右甚至更低）。

技術趨勢九：染料型彩膜（dye type CF）技術

與低溫多晶硅技術（LTPS）、金屬氧化物薄膜晶體管（oxide TFT）相同的是，染料型彩膜可以提高像素開口率，增加傳輸速度和亮度，只是其是將目前現有的透光膜進行改良，實現更好的透光率，減少光線在透光膜中能量的損失。目前三星Display和友達光電采用的是混合染料型彩膜技術，而未來液晶面板廠則可能會引入pure dye RGB技術，讓其性能進一步提升，并且增加紅、綠、藍三原色的純度。

技術趨勢十：RGBW或RGBY四色技術