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[原创] LTC 5800-WHM:SmartMesh无线传感器网络开发方案

关键词:LTC 5800-WHM系统级芯片 SmartMesh无线传感器网络

时间:2014-10-31 10:35:02       来源:中电网

Linear公司的LTC 5800-WHM系统级芯片(SoC)是IEEE 802.15.4 SoC解决方案的Eterna系列产品。片上集成了功率放大器(PA)和收发器,还集成了运行SmartMesh WirelessHART网络软件的ARM Cortex-M3微处理器。仅需要电源去耦电容、晶振和天线就可构成完整的无线网络节点。

SmartMesh WirelessHART无线传感器网络是自我管理型低功耗网络,它是基于被称作motes(微粒)无线节点而建立的。LTC 5800-WHM是无线HART Mote芯片集成电路,IEEE 802.15.4系统级芯片(SoC),Eterna系列的解决方案。它具有高集成度,以及Dust Networks设计的低功耗无线通信和一个ARM Cortex-M3的32位微处理器 (运行Dust’s embedded SmartMesh WirelessHART网络软件)。

LTC5800- WHM SoC具有片上功率放大器(PA)和收发器,只需要电源去耦、晶振和天线,以及匹配电路,就可以创建一个完整的无线节点。Dust公司的时间同步WirelessHART网络中所有的mote(微粒)可以设定路由、开源或终止数据,并可以同时提供多年的电池供电操作。由LTC5800- WHM 提供的SmartMesh WirelessHART软件经过全面的测试和验证,并且,可以很容易地通过软件应用程序编程接口进行配置。SmartMesh WirelessHART的motes可以提供一个高度灵活的网络,并具有可靠性和低功耗性能,是一个易于集成的平台。


图1 Eterna框图


图2 LTC 5800-WHM典型应用框图

无线传感器网络特性

•完整的无线电收发器,嵌入式处理器,和网络软件形成自我修复的网状网络

•兼容无线HART(IEC62591)标准

• SmartMesh网络整合:

- 时间同步全网调度

- 每次发送跳频

- 冗余空间上不同的拓扑结构

- 全网络的可靠性和功耗优化

- NIST安全认证

• SmartMesh网络提供:>99.999%的网络可靠性(在较具挑战性的动态RF环境通里,常在工业应用中);子50μA路由节点

LTC5800-WHM SoC主要特性

•领先的低功耗无线技术

- 4.5mA接收数据包

- 5.4mA,发送时为0dBm

- 9.7mA,发送时为8dBm

•印刷电路板模块的版本可供选择(LTP5901/LTP5902-WHM),具有射频模块认证

• 2.4GHz,IEEE 802.15.4标准的系统级芯片

• 72引脚10mm QFN封装

SmartMesh网络

SmartMesh网络包括一个自我形成的,多跳网状节点,称为motes (微粒),它们负责收集和转发数据,其网络管理器采用主机应用程序,来监控和管理网络性能和安全。

由Dust Networks公司率先推出SmartMesh网络通信,采用时隙信道跳频(TSCH)链路层。在TSCH网络中,网络中的所有motes(微粒)的同步都在1ms之内。在网络中的时间被组织成时间段,这样,就可以实现无冲突的信息包交换和每个传输信道的跳频。在SmartMesh网络中,每个器件都具有一个或多个母体(如,mote 3有mote 1和mote 2作为母体)用于提供备用的路径,以克服通信中断(因干扰,物理障碍物或多路径衰落)。如果一个数据包传输路径发生故障,可以重新尝试不同的路径和不同的RF信道。

当网络管理器指示其板上访问点(AP)的无线装置开始发送广告信息(信息包,包括同步网络和加入请求的信息)时,其网络开始形成。这一消息交换是安全性的一部分,它使管理器或应用程序和mote之间的通信加密。一旦mote加入网络(当数据包被认证时),它们通过时间校正来保持同步。

持续的监视过程,确保了网络在射频条件变化时,不断发现新的通道。此外,网络中的每个mote(微粒)都能跟踪性能统计数据(如,使用路径的质量和潜在的路径列表),并周期性地发送这些数据包信息给网络管理器(称为健康报告)。

网络管理器使用这些健康报告,以不断优化网络维护>99.999%的数据可靠性(即使在较具挑战性的RF环境下)。

使用TSCH可以使SmartMesh器件(在预定的通信间隙)休眠,在休眠状态消耗功率非常低。Motes只在发送或接收时间段被激活,通常占空比时隙<1%。其网络管理器优化软件自动协调这个时间表。当与Eterna低功率无线装置相结合时,SmartMesh网络中的每一个mote(即使忙于路由的mote),也可以在电池下运行多年。在默认的情况下,网络中的所有mote都能够从其他mote上路由流量,这样就简化了安装(避免不同的路由器与非路由端节点)。Mote还可以被配置为不可路由,以进一步降低特定mote的功耗,并支持各种网络拓扑结构。


图3 SmartMesh WirelessHART入门套件外形图

SmartMesh mote和网络管理器的心脏是Eterna IEEE 802.15.4e系统级芯片(SoC),它具有Dust Networks公司高集成度,低功耗的无线设计,加上ARM Cortex-M3的32位微处理器(运行SmartMesh网络软件)。SmartMesh网络软件自带完全编译,又可编程(通过一组应用程序接口API),其主机应用程序可以与网络互动,如,将信息传输到另一个装置中,可以在一个或多个mote上配置数据发布率,或监视网络状态或性能度量。由于mote能够更快地,不时地发布数据,因此,每个设备的数据发布可以是相同,也可不同。

DC9007 SmartMesh WirelessHART入门套件提供了评估SmartMesh网络性能所需要的所有工具,以及必要的硬件和软件产品。DC9007入门套件包含5个mote或节点(DC9003A-C),能够快速配置多跳网状网络(特定于应用射频环境)。该软件的图形用户界面(GUI),可以快速可视化网状网络,并显示关键性能统计数据,如,数据的可靠性和延迟性。

SmartMesh WirelessHART入门套件包括:1个包装管理器(LTP5903CEN-WHR)、5个评估/开发motes(DC9003A-C)、1个 Eterna 接口卡 (DC9006)、额外的CR2032电池和电缆。

详情请见:http://solution.eccn.com/solution_2014091114082030.htm

本文为中电网及《世界电子元器件》杂志版权所有,如转载请务必注明出处。

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