作者：Patrick Mannion
关键词: 射频, 传感器, 开发工具
从HVAC和工厂自动化到汽车、医疗和消费类电子产品，无线连接传感设备的开发人员一直面临着快速迭代和成本效益的挑战，同时还要应对日益增长的法规、互操作性和性能挑战。尽管经常想从头开始设计无线传感器产品以使其在性能和尺寸方面与众不同，但使用专门的现成套件则会更快且更具成本效益。这些套件设计用于快速原型设计和开发，并且已建立起生态系统以提供支持和可扩展性。Texas Instruments 的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件 就是这样一种平台。该套件以小巧、紧凑的外形尺寸将无线微控制器 (CC1352R )、传感器、多个无线接口、相对较高的性能和较低的功耗结合在一起，同时具有庞大且久经考验的软件和工具支持生态系统。
为什么要使用无线传感器原型设计套件？
无线传感器设备为设计人员带来了一个棘手的问题。为了尽可能减少维护，这些器件在更换电池之前至少要在现场持续工作1到10年。它们还需要具备一定的板载处理和分析能力，因为尽可能接近物联网 (IoT) 网络边缘来处理和分析数据可减少需要交换的数据量，这反过来又可降低功耗并更好地利用可用无线带宽。
无线带宽存在其自身的问题，因为设计人员必须从多个无线堆栈中进行选择，包括以亚千兆赫兹 (GHz) 频率或2.45GHz运行的蓝牙、Thread和Zigbee。就如何使用可用带宽、功耗和处理资源而言，每种协议都有其自身的优缺点。若要从这些协议中进行选择，需要就数据速率、覆盖范围、预期节点数、网络拓扑、延时要求、占空比、功耗、网络协议开销、互操作性和法规要求方面对应用要求进行仔细分析。
选择正确的接口进行全新的部署相对容易；但是，在工业物联网 (IIoT) 应用中通常已经部署了无线网络，因此设计人员需要决定是使用同一接口直接连接到其他节点，还是使用可能更适合该应用的其他接口，然后通过网关将旧接口连接到新接口。
这些都是设计人员需要解决的应用相关决策树；但是当涉及到概念原型设计和开发时，很少值得从头开始设计接口，然后选择相关的处理器和传感器，更不用说在软件开发和集成方面的时间和资源投资了。诚然，“自己动手”设计可以为大众市场设计带来超高产量的好处。但是，在许多情况下，为自己的工厂生产线设计节点的工程师只需要几个节点，即可从某些电动机、生产线的某个点或温度计获取数据，因此，高产量并不是设计要求。在这种情况下，现成的套件是理想选择。
如果可能需要更高的产量，则可以使用已经过预先认证并符合法规要求的现成RF模块。由于这些模块具有丰富的固件和软件支持，因此可以加快原型设计的速度，并维持低开发和部署成本。在这些情况下，设计人员仍然必须将所需的平台处理器、传感器以及每个传感器和其他模块的关联软件元素拼凑在一起。
当设计人员已经知道必须使用的无线接口时，这没有关系。但是，当仍处于跨多种应用（具有旧式、通常不可互操作的无线接口）进行多种设计的考虑阶段时，则需要一种更高集成度、更灵活的方法来进行无线传感器原型设计和开发。
SensorTag：全面的无线传感器原型设计平台
更好的方法是找到一个现成的平台，该平台将支持无线的感测和处理节点的核心元件与传感器、软件和生态系统集成在一起，以支持设计人员，同时仍然允许在更高的软件开发堆栈层级进行探索和差异化。Texas Instruments (TI) 的LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件就是这样的平台（图1）。
图1：LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件具有设计人员进行无线传感器应用原型设计和开发所需的一切功能。 （图片来源：Digi-Key，基于Texas Instruments的资料） LAUNCHXL-CC1352R1 SimpleLink多频段CC1352R无线MCU LaunchPad开发套件。此外，尽管SensorTag也可以使用可安装在板背面的专用电池座通过CR2032 钮扣电池来运行，但建议使用两节AAA 电池。
SensorTag套件的核心是CC1352R多频段无线MCU（图2）。这是TI SimpleLink MCU平台的组成部分，该平台旨在为安全、低功耗的网络拓扑提供所有构件。
图2：TI的CC1352R多频段无线微控制器获得FCC、CE和IC的认证，可在2.4GHz和sub-1 GHz下实现双频运行，并构成LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件的核心。 （图片来源：Texas Instruments）
在SimpleLink远程模式下，无线电接收器的灵敏度为-121dBm（分贝数基准为1 (mW)）；50kbps下为-110dBm；以及125kbps下蓝牙灵敏度为-105dBm（具有LE编码 PHY）。在sub-GHz频段下，最大发射功率为+14dBm，其中消耗24.9毫安
(mA) 电流；在2.4GHz下，最大发射功率为+5dBm，消耗9.6mA电流。该器件的待机电流引人注目，在全RAM保持的情况下为0.85微安 (µA)。它也支持工业物联网，在105˚C下的待机电流为11µA。设计人员可以使用各种待机模式和模数转换器 (ADC) 采样率来优化低功耗。例如，可以将ADC设置为1赫兹 (Hz) 的采样率，此时系统消耗1µA。
CC1352R的中央处理器基于48兆赫兹 (MHz) Arm® Cortex® -M4F核心，并配备352KB系统内可编程闪存、用于协议和库函数的256KB ROM，以及8KB高速缓存SRAM。该器件支持无线 (OTA) 升级，并具有AES 128和AES 256加速器。
低BOM优化
RF前端设计人员面临的问题之一是滤波、阻抗匹配和其他功能所需的额外分立无源元器件的数量。这些增加了BOM并使布局复杂化。为简化CC1352R的实施，TI与Johanson Technology 合作开发了尺寸为1 x 1.25 x 2毫米 (mm) 的定制集成无源元器件 (IPC) 封装，使元器件数从23个减少至3个（图3）。
图3：为了简化TI的CC1352R实施，TI与Johanson Technology合作开发了IPC，将需要的无源元器件数从23个降至 3 个。 （图片来源：Digi-Key Electronics，来自Johanson Technology的资料）
下图中显示了传感器的布局和连接（图4）。
图4：SensorTag套件随附湿度和温度、环境光、加速度和霍尔效应传感器。 （图片来源：Texas Instruments）
LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件入门
要开始使用LPSTK-CC1352R LaunchPad SensorTag套件，请下载SimpleLink CC13x2和CC26x2 软件开发套件 (SDK)。此版本仅针对修订版E的器件进行了验证，因此对于修订版C或更早的版本，请使用v2.30.00.xx。下载完成后，请转到SimpleLink Academy ，其中提供了分步说明和示例。
为了快速获取样本数据，该套件已通过名为Multi-Sensor的蓝牙5（BLE5）项目进行了预编程，此项目通过BLE连接到装有iOS和Android版本SimpleLink Starter应用的智能手机和平板电脑。通过使用该初始连接，设计人员可以开始查看传感器数据、切换LED、读取按钮状态，以及使用OTA下载 (OAD) 功能更新固件（图5）。此时，设计人员还可以将数据从移动设备推送到云中。
图5：设计人员可以通过BLE连接至装有iOS和Android平台版本SimpleLink Starter应用的智能手机或平板电脑，开始试用LaunchPad SensorTag套件。 （图片来源：Texas Instruments）
多传感器：<simplelink_cc13x2_26x2_sdk
install location>\examples\rtos\CC1352R1_LAUNCHXL\ble5stack\multi_sensor TI DMM 传感器节点：\CC1352R1_LAUNCHXL\dmm\dmm_154sensor_remote_display_oad_lpstk_app Zigbee 开关：\CC1352R1_LAUNCHXL\dmm\dmm_zed_switch_remote_display_oad_app 作为SimpleLink和Starter应用的补充，TI提供了SysConfig ，这是一个统一的图形用户界面 (GUI) 工具，用于为各种SimpleLink SDK组件启用、配置和生成初始化代码，包括BLE、Zigbee、Thread和TI-15.4的TI驱动程序和堆栈配置（图6）。
图6：作为SimpleLink的补充，TI的SysConfig是一组易于使用的图形实用工具，用于配置引脚、外设、无线电、子系统和其他组件。 （图片来源：Texas Instruments）
断开LaunchPad上的隔离跳线 将Arm 10针JTAG电缆连接到LaunchPad SensorTag上的XDS110 OUT针座 将Arm 10针JTAG电缆的另一端连接到LaunchPad SensorTag上的JTAG针座 将两针跳线连接到RXD和TXD的顶部引脚（灰色线连接至RXD，白色线连接至TXD） 将两针跳线的另一端连接到LaunchPad SensorTag上的引脚12/RX和13/TX（灰色线连接至12/RX，白色线连接至13/TX） 将LaunchPad连接到PC或笔记本电脑 完整的设置应类似于图7所示。
图7：为了进行调试，需要使用SensorTag套件中随附的Arm 10针JTAG电缆和两针UART电缆，将SensorTag连接到LAUNCHXL-CC1352R LaunchPad开发套件。 （图片来源：Texas Instruments）
BIM特别有用，例如允许设计人员在OAD之后还原为原开箱即用的映像。为此，在开机或复位期间按住BTN-1（向左按钮），然后BIM会恢复为开箱即用的映像（即Multi-Sensor）。
总结
虽然在实施无线传感器节点时有许多无线接口可供选择，但是开发人员不必花时间和资源针对每个接口进行原型设计，以查看哪种接口最适合给定的应用。而是通过使用LPSTK-CC1352R SensorTag套件以及关联的LaunchPad硬件、软件和生态系统，设计人员可以快速轻松地混合和匹配接口、使用一个或同时使用多个接口，并可根据需要添加和交换BoosterPack传感器。
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