從HVAC和工廠自動(dòng)化到汽車、醫(yī)療和消費(fèi)類電子產(chǎn)品，無線連接傳感設(shè)備的開發(fā)人員一直面臨著快速迭代和成本效益的挑戰(zhàn)，同時(shí)還要應(yīng)對(duì)日益增長的法規(guī)、互操作性和性能挑戰(zhàn)。盡管經(jīng)常想從頭開始設(shè)計(jì)無線傳感器產(chǎn)品以使其在性能和尺寸方面與眾不同，但使用專門的現(xiàn)成套件則會(huì)更快且更具成本效益。這些套件設(shè)計(jì)用于快速原型設(shè)計(jì)和開發(fā)，并且已建立起生態(tài)系統(tǒng)以提供支持和可擴(kuò)展性。

Texas Instruments的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是這樣一種平臺(tái)。該套件以小巧、緊湊的外形尺寸將無線微控制器 （CC1352R）、傳感器、多個(gè)無線接口、相對(duì)較高的性能和較低的功耗結(jié)合在一起，同時(shí)具有龐大且久經(jīng)考驗(yàn)的軟件和工具支持生態(tài)系統(tǒng)。

本文說明了無線傳感器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和原型開發(fā)的演變特性，并介紹了CC1352R SensorTag套件及其入門使用方法。

為什么要使用無線傳感器原型設(shè)計(jì)套件？

無線傳感器設(shè)備為設(shè)計(jì)人員帶來了一個(gè)棘手的問題。為了盡可能減少維護(hù)，這些器件在更換電池之前至少要在現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)工作1到10年。它們還需要具備一定的板載處理和分析能力，因?yàn)楸M可能接近物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 網(wǎng)絡(luò)邊緣來處理和分析數(shù)據(jù)可減少需要交換的數(shù)據(jù)量，這反過來又可降低功耗并更好地利用可用無線帶寬。 無線帶寬存在其自身的問題，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員必須從多個(gè)無線堆棧中進(jìn)行選擇，包括以亞千兆赫茲 （GHz） 頻率或2.45GHz運(yùn)行的藍(lán)牙、Thread和Zigbee。就如何使用可用帶寬、功耗和處理資源而言，每種協(xié)議都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)。若要從這些協(xié)議中進(jìn)行選擇，需要就數(shù)據(jù)速率、覆蓋范圍、預(yù)期節(jié)點(diǎn)數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、延時(shí)要求、占空比、功耗、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開銷、互操作性和法規(guī)要求方面對(duì)應(yīng)用要求進(jìn)行仔細(xì)分析。 選擇正確的接口進(jìn)行全新的部署相對(duì)容易；但是，在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 應(yīng)用中通常已經(jīng)部署了無線網(wǎng)絡(luò)，因此設(shè)計(jì)人員需要決定是使用同一接口直接連接到其他節(jié)點(diǎn)，還是使用可能更適合該應(yīng)用的其他接口，然后通過網(wǎng)關(guān)將舊接口連接到新接口。 這些都是設(shè)計(jì)人員需要解決的應(yīng)用相關(guān)決策樹；但是當(dāng)涉及到概念原型設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)，很少值得從頭開始設(shè)計(jì)接口，然后選擇相關(guān)的處理器和傳感器，更不用說在軟件開發(fā)和集成方面的時(shí)間和資源投資了。誠然，“自己動(dòng)手”設(shè)計(jì)可以為大眾市場(chǎng)設(shè)計(jì)帶來超高產(chǎn)量的好處。但是，在許多情況下，為自己的工廠生產(chǎn)線設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的工程師只需要幾個(gè)節(jié)點(diǎn)，即可從某些電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)線的某個(gè)點(diǎn)或溫度計(jì)獲取數(shù)據(jù)，因此，高產(chǎn)量并不是設(shè)計(jì)要求。在這種情況下，現(xiàn)成的套件是理想選擇。 如果可能需要更高的產(chǎn)量，則可以使用已經(jīng)過預(yù)先認(rèn)證并符合法規(guī)要求的現(xiàn)成RF模塊。由于這些模塊具有豐富的固件和軟件支持，因此可以加快原型設(shè)計(jì)的速度，并維持低開發(fā)和部署成本。在這些情況下，設(shè)計(jì)人員仍然必須將所需的平臺(tái)處理器、傳感器以及每個(gè)傳感器和其他模塊的關(guān)聯(lián)軟件元素拼湊在一起。 當(dāng)設(shè)計(jì)人員已經(jīng)知道必須使用的無線接口時(shí)，這沒有關(guān)系。但是，當(dāng)仍處于跨多種應(yīng)用（具有舊式、通常不可互操作的無線接口）進(jìn)行多種設(shè)計(jì)的考慮階段時(shí)，則需要一種更高集成度、更靈活的方法來進(jìn)行無線傳感器原型設(shè)計(jì)和開發(fā)。

SensorTag：全面的無線傳感器原型設(shè)計(jì)平臺(tái)

更好的方法是找到一個(gè)現(xiàn)成的平臺(tái)，該平臺(tái)將支持無線的感測(cè)和處理節(jié)點(diǎn)的核心元件與傳感器、軟件和生態(tài)系統(tǒng)集成在一起，以支持設(shè)計(jì)人員，同時(shí)仍然允許在更高的軟件開發(fā)堆棧層級(jí)進(jìn)行探索和差異化。Texas Instruments （TI） 的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是這樣的平臺(tái)（圖1）。

圖1：LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件具有設(shè)計(jì)人員進(jìn)行無線傳感器應(yīng)用原型設(shè)計(jì)和開發(fā)所需的一切功能。

該套件基于TI的CC1352R多頻段無線微控制器 （MCU），圍繞此MCU添加了環(huán)境和運(yùn)動(dòng)傳感器以及軟件，全部都在一個(gè)可拆卸外殼中，并且附有一根外部sub-1GHz旋轉(zhuǎn)天線、雙線母對(duì)母電纜、用于JTAG連接的10針扁平帶狀電纜以及快速入門指南。該套件未包含但建議一起使用的是TI的LAUNCHXL-CC1352R1 SimpleLink多頻段CC1352R無線MCU LaunchPad開發(fā)套件。此外，盡管SensorTag也可以使用可安裝在板背面的專用電池座通過CR2032鈕扣電池來運(yùn)行，但建議使用兩節(jié)AAA電池。 SensorTag套件的核心是CC1352R多頻段無線MCU（圖2）。這是TI SimpleLink MCU平臺(tái)的組成部分，該平臺(tái)旨在為安全、低功耗的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮峁┧袠?gòu)件。

圖2：TI的CC1352R多頻段無線微控制器獲得FCC、CE和IC的認(rèn)證，可在2.4GHz和sub-1 GHz下實(shí)現(xiàn)雙頻運(yùn)行，并構(gòu)成LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件的核心。

CC1352R微控制器獲得FCC、CE和加拿大工業(yè)部 （IC） 的認(rèn)證，可在2.4GHz和sub-1 GHz下實(shí)現(xiàn)雙頻運(yùn)行，并支持低功耗藍(lán)牙 （BLE）、Thread、Zigbee、智能對(duì)象的IPv6低功耗無線個(gè)人局域網(wǎng) （6LoWPAN），以及其他基于IEEE802.15.4g物理層 （PHY） 的專有協(xié)議，包括TI的SimpleLink TI 15.4堆棧（sub-1 GHz和2.4GHz）。通過使用動(dòng)態(tài)多協(xié)議管理器 （DMM），它能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)協(xié)議。 在SimpleLink遠(yuǎn)程模式下，無線電接收器的靈敏度為-121dBm（分貝數(shù)基準(zhǔn)為1 （mW））；50kbps下為-110dBm；以及125kbps下藍(lán)牙靈敏度為-105dBm（具有LE編碼 PHY）。在sub-GHz頻段下，最大發(fā)射功率為+14dBm，其中消耗24.9毫安 （mA） 電流；在2.4GHz下，最大發(fā)射功率為+5dBm，消耗9.6mA電流。該器件的待機(jī)電流引人注目，在全RAM保持的情況下為0.85微安 （μA）。它也支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，在105?C下的待機(jī)電流為11μA。設(shè)計(jì)人員可以使用各種待機(jī)模式和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 采樣率來優(yōu)化低功耗。例如，可以將ADC設(shè)置為1赫茲 （Hz） 的采樣率，此時(shí)系統(tǒng)消耗1μA。 CC1352R的中央處理器基于48兆赫茲 （MHz）Arm Cortex-M4F核心，并配備352KB系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存、用于協(xié)議和庫函數(shù)的256KBROM，以及8KB高速緩存SRAM。該器件支持無線 （OTA） 升級(jí)，并具有AES 128和AES 256加速器。

低BOM優(yōu)化

RF前端設(shè)計(jì)人員面臨的問題之一是濾波、阻抗匹配和其他功能所需的額外分立無源元器件的數(shù)量。這些增加了BOM并使布局復(fù)雜化。為簡(jiǎn)化CC1352R的實(shí)施，TI與Johanson Technology合作開發(fā)了尺寸為1 x 1.25 x 2毫米 （mm） 的定制集成無源元器件（IPC） 封裝，使元器件數(shù)從23個(gè)減少至3個(gè)（圖3）。

圖3：為了簡(jiǎn)化TI的CC1352R實(shí)施，TI與Johanson Technology合作開發(fā)了IPC，將需要的無源元器件數(shù)從23個(gè)降至 3 個(gè)。

雖然SensorTag套件隨附了四個(gè)傳感器，但是如果需要更多或不同的傳感器，則可以使用TI的BoosterPack LaunchPad插件模塊選擇并快速添加它們。SensorTag套件隨附的四個(gè)傳感器是：

TI的HDC2080濕度和溫度傳感器

TI的OPT3001環(huán)境光傳感器

TI的DRV5032霍爾效應(yīng)開關(guān)

TI的ADXL362加速計(jì)

下圖中顯示了傳感器的布局和連接（圖4）。

圖4：SensorTag套件隨附濕度和溫度、環(huán)境光、加速度和霍爾效應(yīng)傳感器。

連接器與LaunchPad兼容，因此可以輕松連接傳感器、BoosterPack外設(shè)（例如LCD顯示器），甚至定制電路。

LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件入門

要開始使用LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件，請(qǐng)下載SimpleLink CC13x2和CC26x2軟件開發(fā)套件 （SDK）。此版本僅針對(duì)修訂版E的器件進(jìn)行了驗(yàn)證，因此對(duì)于修訂版C或更早的版本，請(qǐng)使用v2.30.00.xx。下載完成后，請(qǐng)轉(zhuǎn)到SimpleLink Academy，其中提供了分步說明和示例。

為了快速獲取樣本數(shù)據(jù)，該套件已通過名為Multi-Sensor的藍(lán)牙5（BLE5）項(xiàng)目進(jìn)行了預(yù)編程，此項(xiàng)目通過BLE連接到裝有iOS和Android版本SimpleLink Starter應(yīng)用的智能手機(jī)和平板電腦。通過使用該初始連接，設(shè)計(jì)人員可以開始查看傳感器數(shù)據(jù)、切換LED、讀取按鈕狀態(tài)，以及使用OTA下載 （OAD） 功能更新固件（圖5）。此時(shí)，設(shè)計(jì)人員還可以將數(shù)據(jù)從移動(dòng)設(shè)備推送到云中。

圖5：設(shè)計(jì)人員可以通過BLE連接至裝有iOS和Android平臺(tái)版本SimpleLink Starter應(yīng)用的智能手機(jī)或平板電腦，開始試用LaunchPad SensorTag套件。

除了BLE，LPSTK還提供了另外兩個(gè)示例：一個(gè)示例使用LPSTK作為Zigbee燈開關(guān)；另一個(gè)將其用作802.15.4網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)。SDK中提供了所有三個(gè)示例項(xiàng)目，如下所示：

多傳感器：

? 《simplelink_cc13x2_26x2_sdkinstall location》examples tosCC1352R1_LAUNCHXLle5stackmulti_sensor

TI DMM 傳感器節(jié)點(diǎn)：

? CC1352R1_LAUNCHXLdmmdmm_154sensor_remote_display_oad_lpstk_app

Zigbee 開關(guān)：

? CC1352R1_LAUNCHXLdmmdmm_zed_switch_remote_display_oad_app

作為SimpleLink和Starter應(yīng)用的補(bǔ)充，TI提供了SysConfig，這是一個(gè)統(tǒng)一的圖形用戶界面 （GUI） 工具，用于為各種SimpleLink SDK組件啟用、配置和生成初始化代碼，包括BLE、Zigbee、Thread和TI-15.4的TI驅(qū)動(dòng)程序和堆棧配置（圖6）。

圖6：作為SimpleLink的補(bǔ)充，TI的SysConfig是一組易于使用的圖形實(shí)用工具，用于配置引腳、外設(shè)、無線電、子系統(tǒng)和其他組件。

與任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，都會(huì)需要一定程度的調(diào)試。在此階段，SensorTag設(shè)計(jì)搭配LaunchPad開發(fā)套件中的板載XDS110調(diào)試器使用（在本例中為前面提到的LAUNCHXL-CC1352R），因此包括Arm 10針JTAG電纜和雙線UART電纜。連接之后，即可進(jìn)行完整的調(diào)試、編程和UART通信。按照以下步驟連接電纜：

斷開LaunchPad上的隔離跳線

將Arm 10針JTAG電纜連接到LaunchPad SensorTag上的XDS110 OUT針座

將Arm 10針JTAG電纜的另一端連接到LaunchPad SensorTag上的JTAG針座

將兩針跳線連接到RXD和TXD的頂部引腳（灰色線連接至RXD，白色線連接至TXD）

將兩針跳線的另一端連接到LaunchPad SensorTag上的引腳12/RX和13/TX（灰色線連接至12/RX，白色線連接至13/TX）

將LaunchPad連接到PC或筆記本電腦

完整的設(shè)置應(yīng)類似于圖7所示。

圖7：為了進(jìn)行調(diào)試，需要使用SensorTag套件中隨附的Arm 10針JTAG電纜和兩針UART電纜，將SensorTag連接到LAUNCHXL-CC1352R LaunchPad開發(fā)套件。

值得注意的是，由于正在運(yùn)行的映像無法自行更新，因此傳入的OAD映像在接收時(shí)需要存儲(chǔ)在一個(gè)臨時(shí)位置。該臨時(shí)位置可以預(yù)留在內(nèi)部閃存中或片外。在任一情況下，映像下載完成后，就會(huì)使用永久駐留在SensorTag設(shè)備上的引導(dǎo)映像管理器 （BIM） 來確定新映像是否有效以及是否應(yīng)予以加載和運(yùn)行（基于映像標(biāo)題）。

BIM特別有用，例如允許設(shè)計(jì)人員在OAD之后還原為原開箱即用的映像。為此，在開機(jī)或復(fù)位期間按住BTN-1（向左按鈕），然后BIM會(huì)恢復(fù)為開箱即用的映像（即Multi-Sensor）。

總結(jié)

雖然在實(shí)施無線傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)有許多無線接口可供選擇，但是開發(fā)人員不必花時(shí)間和資源針對(duì)每個(gè)接口進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，以查看哪種接口最適合給定的應(yīng)用。而是通過使用LPSTK-CC1352R SensorTag套件以及關(guān)聯(lián)的LaunchPad硬件、軟件和生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員可以快速輕松地混合和匹配接口、使用一個(gè)或同時(shí)使用多個(gè)接口，并可根據(jù)需要添加和交換BoosterPack傳感器。

原文標(biāo)題：多種無線傳感應(yīng)用，一個(gè)開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)！看看我們是如何做到的

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