Диссертация (1137287), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Микроконтроллеры для радиоохранного модуляПроизводитель, наименование, характеристикиAtmel, AT90CAN128-16AU, 8-Бит, AVR, 16МГц, 128КБFlash, TQFP64Atmel, AT91SAM7X512-AU, ARM7TDMI, 32 бит, 55МГц, 512KB Flash, CAN, 2 USART, UART, 2 SPI, SSC,TWI (I2C) Ethernet, USB, LQFP100NXP, LPC2368FBD100.551, 16/32-Бит, ARM7TDMI-S,72МГц, 512КБ Flash, Ethernet, USB, АЦП/ЦАП,LQFP100Microchip, PIC18F458-I/PT, PQFP44, 40MHz, 8 бит,16KFlash, Ind, MCU-CAN, PQFP44Microchip, dsPIC33EP256MU806, 140 МГц,16-Бит,PQFP64ST Microelectronics, STM32F103RCT6, 32-Бит, CortexM3, 72МГц, 256КБ Flash, USB, LQFP64ST Microelectronics, STM32F373CCT6, 32-Бит, CortexM4F + FPU, 72МГц, 256КБ Flash, USB, LQFP48S,P,Цена,мм2мВтруб.256825801962368001963305701741687601747950010014028049280750В силу унификации автомобильной электроники, предпочтение отданомикроконтроллерам с интегрированным CAN интерфейсом, поскольку любаяохранная система сейчас подключается именно к этой шине.
Следует учесть,что необходимо не менее 2-х интерфейсов USART/UART, для сопряжения сGPS/ГЛОНАСС и GSM модулями.Характеристики выбранных микросхем Flash памяти представлены втаблице 6.Таблица 6. Flash память для радиоохранного модуляПроизводитель, наименование, характеристикиS,P,Цена,мм2мВтруб.61452135Atmel, AT45DB041D-SU, FLASH, SPI, 4Мбит30(2048x264 байт), 66МГц, SO-8-208Atmel, AT45DB021D-SH-B, FLASH, SPI, 2Мбит30(1024 x 264 байт), 66МГц, SO-8-208102Продолжение таблицы 6.Atmel, AT25F1024AN-10SU-2.7TRAtmel, AT45DB321D-SUMicron, M25P10-AVMN6TPMicrochip, SST25VF010A-33-4C-SAEMicrochip, SST25VF032BST Microelectronics, M25P10-AVMN6PST Microelectronics, M25P10-AVMN6TPWinbond, W25Q32BVSSIG, FLASH, SPI, 32МБит, SO83040303030303015211521124515100313150210117150150303450Поскольку современная радиоохранная система имеет расширенныйфункционал, флеш память, предназначенная для записи траекториидвижения, телеметрической и прочей служебной информации, должна иметьразмер единиц и десятков Мбит.
Предпочтительны микросхемы синтерфейсом SPI, так как он задействует всего 4 линии и имеется в каждомсовременном микроконтроллере, а его скорости вполне хватает для записи ичтения нужного объема информации.Характеристики выбранных моделей ГЛОНАСС/GPS приемниковпредставлены в таблице 7.Таблица 7. ГЛОНАСС/GPS приемники для радиоохранного модуляПроизводитель, наименование, характеристикиMaestro, A2035H, GPS MODULE, W/ ANT, SIRF IVMaestro, A2200A, GPS MODULE, ROM BASED, MINIOUTLINENVS Technologies, NV08C-CSM, MOD, GPS /GLONASS / GALILEO, M2MNVSTechnologies,NV08C-CSM,ГЛОНАСС/GPS/GALILEO/COMPASSНавиа, ML8088sEUBLOX, IT530M, GPS/GLONASSQuectel Wireless, L76-M33, L76 GPS/GLONASS +MT3333 + 9600BPSS, P,мм2 мВтЦена,руб.5036603 3401421351 8805201506 190532180281019592,2140157129713179887,51486103Одновременная поддержка ГЛОНАСС/GPS повышает надежность иточность определения местоположения.Подробный анализ GSM модемов для радиоохранных систем проведенв [110].
Характеристики наиболее подходящих для радиоохранного модулямоделей представлены в таблице 8.Таблица 8. GSM модемы для радиоохранного модуляПроизводитель, наименование, характеристики S, мм2P, мВтЦена,рубQuectel, M66, GSM/GPRSTelit, GE864-QUAD AUTO V2, GSM/GPRSSagemcom, HiLo 3G, UMTS/HSDPASimcom, SIM900, GSM/GPRSSierra Wireless, SL6087, GSM/GPRSSierra Wireless, GSM/GPRS/EDGE/HSPA+/EVDO SL9090Gemalto, AHS2, HSDPA/HSUPAFibocom, G510uBlox, LEON-G1 series279,7900729576750750103011021674,751650157029209571087,5448,4 3500557,55 15005003656–2010411710300–10001500GSM модемы не имеют стандартизованных корпусов, и это не играетроли при реализации радиоохранного модуля, однако в части стандартапередачи данных предпочтительна поддержка 2G, 3G, 4G и LTE дляповышения вероятности связи во многих зонах покрытия, а для реализациимодуля в рамках функциональности системы ЭРА-ГЛОНАСС поддержкаUMTS является на текущий момент обязательным требованием.Характеристики выбранных моделей трансиверов для связи с меткойидентификации владельца по радиоканалу представлены в таблице 9.104Таблица 9.
Трансиверы для радиоохранного модуляПроизводитель, наименование, характеристикиSilicon Lab, Si4461, 142–1050 МГцSilicon Lab, SI4432, 240–930 МГцSilicon Lab, Si4455, 283–960 МГцHope Microelectronics, RFM23BP, 433/868/915МГцTexas Instruments, СС1101, 315/433/868/915 МГцNordic Semiconductor, nRF24L01, 2,4 ГГцЦена,S, P,мм2 мВтруб.1616959454230492530290301438116617,21610960383303Очевидно, что частота передатчика метки радиоканала радиоохранногомодуля должна совпадать с частотой приемо-передатчика пульта ДУрадиоохранной системы, то есть в нем должен быть установлен аналогичныйтрансивер.Для ГЛОНАСС/GPS приемника, GSM модема и трансивера могутиспользоваться различные типы антенн [98].
Для навигационного и GSMмодулей рекомендуется использование внешней спиральной, керамическойили патч антенны, причем на плате будет заложен только разъем для неё.Например, GPS/ГЛОНАСС керамическая патч антенна компании KHD(15x15x4мм) стоит 220 р. Однако в случае PCB антенны в виде топологиирешающую роль играют её габариты. Для трансивера рекомендуетсяприменять чип и PCB антенны. Штыревые и встроенные внутренние антеннынеэффективны из-за присущей специфики диаграммы направленности, чтокритичноприразмещенииантеннывнутриметаллическогокузоваавтомобиля или необходимости определенной ориентации охранного модуляпри установке.Характеристикивыбранныхакселерометровдлярадиоохраннойсистемы приводятся в таблице 10. В соответствии с [32] они должныфиксировать ускорения до 24G с частотой для восстановления картиныдорожно-транспортных происшествий.105Таблица 10.
Акселерометры для радиоохранной системыПроизводитель, наименование, характеристикиS,P,Цена,мм2мВтруб2,4750,8642440Analog Devices, ADXL210AE, Х, Y, инд. LCC-8 225ST Microelectronics, H3LIS331DL,3-х осн., 400 g, 9разрешение 49 mg, SPI/I2CST Microelectronics, LIS331HH, ±6 g/±12 g/±24 g, 9SPI/I2CХарактеристикивыбранныхмикросхемCAN0,72950780драйверовдлярадиоохранного модуля представлены в таблице 11.
Для сбора сообщений отмногих датчиков в радиоохранном модуле рекомендуется использоватьвысокоскоростные до 1 Мбит/с CAN драйверы.Таблица 11. CAN драйверы для радиоохранного модуляПроизводитель, наименование, характеристикиS, мм2 P, мВт Цена, руб.Texas Instruments, ISO1050DUB, SOP-8Philips, PCA82C250T, 1МБит/с, SO8Philips, TJA1050T/VM, высокоскоростной, SO-8Infineon, TLE6250G, высокоскоростной, SO-8Maxim, MAX3057ASA+, SO-8Microchip, MCP2551-E/SN, SO-8Microchip, MCP2562, высокоскоростной, SO-862303030303030ХарактеристикивыбранныхDC-DC38517015015036037514531063636959017075преобразователейдлярадиоохранного модуля приводятся в таблице 12.
Для оценки ихэнергоэффективности целесообразно использовать коэффициент полезногодействия (КПД).106Таблица 12. DC-DC преобразователи для радиоохранной системыПроизводитель, наименование, характеристикиTexasInstruments,LM2676S-ADJ/NOPB,Uвх=8…40В, Uвых=1.2…37В, Fраб= 260 кГц,Iвых=3А, DDPAK-7Texas Instruments, TPS54560-Q1Texas Instruments, TPS54361-Q1Maxim,MAX724ECK,ШИМ,Uвх=8…40В,Uвых=2.5…3.5В, Fраб= 160 кГц, Iвых=5А, TO220-5S,КПД,Цена,мм2%руб.2095230191691964004204088580Основное требование для DC-DC преобразователей – формированиенеобходимых напряжений питания 3,3В и 5 В для вышеописанныхмикросхем из напряжений 12-15В и 24-30В. Важной особенностью такжеявляется потребление GSM модема, которое в пиковые моменты передачиможет достигать до 2-3А [110], из-за этого могут возникать падениянапряжения на линии питания модема и самопроизвольные перезагрузкипередающего модуля, что является критичным фактором при работесистемы.Итоговый модуль РОСА состоит из 8 компонентов M 1 ,..., M 8 с 3-мяkключевыми параметрами P k1 , P k2 , P 3 , соответствующими потребляемоймощности P [мВт], площади ПП S [мм2] и цене [руб.].
Каждый компонентэлементной базы выбирается из 6 вариантов: M ij V i M 1i ,..., M 6i [51]. Вданном случаепоследовательнорешаласьзадача однокритериальнойоптимизации с выставленными приоритетами по параметрам. В результатебыла выбрана следующая элементная база для модуля РОСА (таблица 13).107Таблица 13. Характеристики выбранной элементной базыМодуль Тип, производитель, наименование, S,характеристикимм2Микроконтроллер,Microchip, 174M1dsPIC33EP256MU806, 140 МГц,16-Бит,PQFP642Flash память, Microchip, SST25VF032B,30MГЛОНАСС/GPSприемник,Навиа,195M3ML8088sEGSM модем, Quectel, M66, GSM/GPRS279,7M45Трансивер Silicon Lab, Si4461, 142–1050 16MМГцАкселерометр,STMicroelectronics,9M6LIS331HH, ±6 g/±12 g/±24 g, SPI/I2C30CAN драйвер, Microchip, MCP2562M7DC-DCпреобразователь,Texas16M8Instruments, TPS54361-Q1P,мВт79Цена,руб.50030117333129715801165002900,7278035075934204.3 Разработка проекта печатного узла радиоохранного модуляРанее в главе 3 был приведен обзор, особенности выбора современныхСАПР для проектирования принципиальных электрических схем и печатныхплат.
В среде Altium Designer была создана библиотека элементов с ихусловными графическими обозначениями для реализации принципиальнойэлектрической схемы и соответствующими им посадочными местами дляпроектирования печатной платы модуля РОСА.Электрическая принципиальная схема, топология печатной платы ивнешний вид печатного узла разработанного модуля РОСА представлены наРисунок 26 и Рисунок 28.Рисунок 26 - Схема электрическая принципиальная модуля РОСА (обозначения расшифрованы в тексте)109Рисунок 27 - Схема электрическая принципиальная модуля РОСА (обозначения расшифрованы в тексте)На Рисунок 26 использованы следующие обозначения - DD1 –импульсныйпреобразовательнапряжения;DD2иDD3линейныепреобразователи напряжения; DD4 – буфер для согласования уровнейсигнала GSM модема; DD5 – GSM модем; DD6 – микроконтроллер; DD7 –Flash-память; DD8 – акселерометр; DD9 – трансивер; DD10 – GPS приемник;DD11 – CAN драйвер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
