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Tesi di laurea

Tesi di laurea. Studio di un sistema a bassissima potenza per l’acquisizione dati. Laureando Relatore Adnan Berberovic ing. Gianfranco Fenu. Introduzione: Motivi per l’utilizzo di sistemi a bassissima potenza. Trasportabilità Isolamento Necessità di basso consumo

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Tesi di laurea

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Presentation Transcript

  1. Tesi di laurea Studio di un sistema a bassissima potenza per l’acquisizione dati Laureando Relatore Adnan Berberovic ing. Gianfranco Fenu

  2. Introduzione:Motivi per l’utilizzo di sistemi a bassissima potenza • Trasportabilità • Isolamento • Necessità di basso consumo • Nessuna disponibilità di fonti energetiche • Diminuire la dissipazione di calore • Sistemi a risparmio energetico

  3. Caratteristiche di un progetto Low-Power • Componenti a bassissimo consumo • Dispositivi a bassissimo leakage • Spegnimento delle parti circuitali non usate • Attenzione alle eventuali reti resistive tra tensione di alimentazione e massa • Mantenere un consumo mediato nel tempo dei dispositivi molto basso

  4. Alimentazione Interruttore Pilotato uP Microcontrollore Hardware per la gestione dei sensori Connessione verso l’esterno Hardware per la Trasmissione dati Sensori Schema di principio di un sistema Low-Power

  5. Alimentazione a batteria del sistema • Deve garantire un’adeguata durata temporale del dispositivo • Deve avere basse perdite interne • Deve essere adatto a funzionare a diverse temperature • Deve essere di ingombro ridotto • Deve avere un basso peso

  6. Tipi di pile

  7. Tipi di Pile Capacita energetiche a diverse temperature Perdita di capacita delle pile a diversi assorbimenti di corrente

  8. Ricerca del microcontrollore adatto al sistema • Dove garantire un basso consumo • Dove avere integrati dei convertitori AD • Deve avere integrata una UART • Deve poter passare ad una modalità di bassissimo consumo Caratteristiche cercate nel microcontrollore

  9. Microcontrollori Microchip PIC18F Caratteristiche generali • Microcontrollore ad 8 bit CISC • Contiene una USART hardware • Contiene un convertitore AD • Consuma circa 150uA ad una frequenza di 1MHz ed una tensione di lavoro di 2 Volt • Può arrivare a consumare in low-power fino a 2,1uA

  10. Microcontrollori Texas Instruments MSP430F • Microcontrollore ad 16 bit RISC • Contiene una USART hardware • Contiene un convertitore AD • Consuma circa 200uA ad una frequenza di 32KHz ed una tensione di lavoro di 2 Volt • Può arrivare a consumare in low-power fino a 1uA Caratteristiche generali

  11. Scelta del microcontrollore Il microcontrollore deve essere in grado di funzionare in un sistema che può essere risvegliato solo mediante interup provenienti da diverse fonti

  12. Scelta del microcontrollore Vantaggi del microcontrollore PIC18F • Necessita di due istruzioni per attivare le interruzioni e portarsi in sleep-mode • Una istruzione MSP430F fa quello che fanno 4 istruzioni PIC18F • Consumo più basso del MSP430F Svantaggi del microcontrollore PIC18F

  13. Scelta del microcontrollore Vantaggi del microcontrollore MSP430F • Estrema semplicità di programmazione MSP430F per la sua struttura RISC Svantaggi del microcontrollore MSP430F • Consumo più elevato del PIC18F

  14. Descrizione del Software del sistema • Controllo di ricezione seriale • Controllo di trasmissione seriale • Esecuzione delle procedure di misura • Stato di Sleep Parti base del software del sistema

  15. Struttura base del sistema

  16. Settaggi iniziali • Frequenza di funzionamento tramite il DCO interno (1MHz) • Settaggio della USART hardware del microcontrollore (9600 bit/s) • Predisposizione dell’ADC • Predisposizione del riferimento di tensione interno

  17. Struttura della ricezione seriale

  18. Struttura della trasmissione seriale

  19. Struttura dell’acquisizione dati Diagramma per un singolo sensore Diagramma per più sensori

  20. Schema elettrico del sistema Anti inversione della batteria

  21. Schema elettrico del sistema Buffer RS232

  22. Schema elettrico del sistema Microcontrollore e memoria

  23. Valutazioni sul consumo Consumo dell’ADC durante la misura Assorbimento dell’ADC = 1,2 mA Assorbimento del riferimento di tensione = 0,4 mA Tempo di accensione del riferimento di tensione = 30 uS Consumo del sistema in fase di accensione Tempo di acquisizione Consumo totale nella fase di acquisizione Assorbimento medio su 10 secondi

  24. Valutazioni sul consumo Consumo della memoria durante la scrittura Tempo di scrittura = 5 mS Assorbimento di corrente in scrittura = 3 mA Consumo in scrittura Assorbimento medio su 10 secondi

  25. Valutazioni sul consumo Consumo del microcontrollore Consumo del microcontrollore = 350uA Consumo durante le 1600 operazioni Assorbimento tipico nei 10 secondi

  26. Valutazioni finali Consumo mediodel sistema Consumo in standby del microcontrollore = 70 uA Consumo in standby della memoria = 1 uA Consumo medio totale Durata teorica con pila al litio di capacita 4Ah

  27. Valutazioni finali Durata della memoria 32KB totali, 2 Byte ogni dato Con 1 campione ogni 10 secondi Circa 2 giorni Con media su 4 campioni presi ogni 10 secondi Circa 8 giorni Con media su 8 campioni presi ogni 10 secondi Circa 16 giorni Utilizzando le nuove memorie da 1MB Con 1 campione ogni 10 secondi Circa 60 giorni

  28. Applicazioni del sistema • Sistema di monitoraggio della temperatura all’interno di terrari • Monitoraggio dell’irraggiamento solare • Sistemi di monitoraggio su lungo tempo Fine

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