吳紹聰 許路

摘要：以搭載羅姆小無線的驅(qū)鼠器為基礎(chǔ)，綜述了小無線設(shè)備在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用優(yōu)勢，重點介紹了基于ML7345C的超聲波驅(qū)鼠設(shè)備的遙控方案。

關(guān)鍵詞：超聲波；驅(qū)鼠器；小無線；ML7345C

1 驅(qū)鼠物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計

驅(qū)鼠物聯(lián)網(wǎng)主要由三層組成，上層為監(jiān)控、控制中心；中層為小無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)上下層信息來往；下層為驅(qū)鼠執(zhí)行裝置，直接負(fù)責(zé)物理驅(qū)鼠。

驅(qū)鼠器主要由六個部分構(gòu)成：控制單元、電源管理、超聲波逆變電路、驅(qū)鼠喇叭和物聯(lián)網(wǎng)無線通訊模塊。

控制單元主要為LAPIS的ML620Q504H單片機，這款16位的微功耗控制器有著豐富且功能強大的外設(shè)功能，能出色地完成整個系統(tǒng)的控制任務(wù)。程序主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各部分的模塊工作，一是對電源系統(tǒng)進(jìn)行管理控制，由于其他模塊需要單片機進(jìn)行控制工作，所以控制單元先行上電，在這里利用MCU控制繼電器，進(jìn)而控制給其他模塊上電，控制單元還設(shè)置有保護(hù)機制，當(dāng)發(fā)生過壓或過流時，保護(hù)斷電、防止程序跑飛使用MCU的內(nèi)部看門狗等：二是利用MCU內(nèi)部高性能的PWM發(fā)生器產(chǎn)生互補的PWM驅(qū)動信號，通過在中斷中改變PWM模塊內(nèi)部寄存器的值，然后在不同的周期輸出不同占空比的控制波形，通過后級驅(qū)動電路控制橋臂，同時，在這里利用軟件內(nèi)部給互補的PWM波形加上死區(qū)時間來保護(hù)，防止出現(xiàn)直通；三是通過UART與無線通信模塊進(jìn)行信息交互，設(shè)置好與模塊吻合的通信要求（例如波特率、停止位等）作為接收時，利用外部中斷響應(yīng)模塊要求，并在串口中斷中把要接收的數(shù)據(jù)逐一保存，明確要求指令后做出及時處理，將要發(fā)送數(shù)據(jù)存儲至緩沖區(qū)后，進(jìn)行發(fā)送操作，先拉低無線模塊的喚醒腳，激活無線模塊，然后將系統(tǒng)采集信息（電壓電流溫度等）通過小無線傳至上位機。原理圖如圖2所示。

電源管理模塊提供24 V、5V雙路獨立電源，5V電源為系統(tǒng)控制電路電源，24 V為正弦波逆變器電源。超聲波逆變電路采用單相橋式電路拓?fù)?，如圖3所示。選擇羅姆公司低通態(tài)電阻MOSFET管RSD200N05以減小功率器件開關(guān)損耗，IR2110為MOSFET專用驅(qū)動芯片。

逆變電路選用指定諧波消除法來生成正弦波[2]，指定諧波消除法通過式（1）對單極性指定諧波消除法輸出波形進(jìn)行傅里葉展開，再通過式（2）中對單極性模型中輸出波形的直流分量、余弦分量以及正弦偶次分量進(jìn)行化簡后得出各個諧波的計算公式，在此次單極性調(diào)制中，消除3、5、7、9次諧波，即令A(yù)3、A5、A7、A9等于0，計算出對應(yīng)5個開關(guān)角a1=23.1019、a3= 33.7381、as= 47.711 8、a7= 68.483 4、a9=76.4669，按照開關(guān)角來驅(qū)動MOS管，這樣可以將輸出諧波推向11次，再由后級LC濾除高次諧波，得到良好的正弦波逆變器輸出電壓波形及諧波分布如圖4所不。

物聯(lián)網(wǎng)無線通訊模塊采用羅姆公司GSMD-7345C模塊，ML7345C模塊運行功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)，通過UART串口與控制單元連接，負(fù)責(zé)信息中轉(zhuǎn)。

驅(qū)鼠喇叭選用大功率的超聲波喇叭，頻率變化范圍20 kHz～50 kHz，最大輸出功率100 W。

2 ML7345C模塊

該驅(qū)鼠器借由ML7345模塊，模塊搭載著ML7345C芯片，加上外圍電路，能夠長距離進(jìn)行無線通信。模塊采用主流的GFSK調(diào)制，窄帶載波，抗干擾能力強，模塊接口采用串口通信，其工作模式分為兩種：待機模式和工作模式，待機模式為低功耗模式，需進(jìn)行喚醒轉(zhuǎn)換到工作模式才能正常與其他模塊進(jìn)行通信，可拉低WK引腳或第一幀數(shù)據(jù)包喚醒，或者模塊作為接收時自動喚醒，一旦模塊內(nèi)部定時器超時，模塊自動進(jìn)入到低功耗狀態(tài)，以偵聽的方式查看是否有數(shù)據(jù)接受。模塊通過指令設(shè)置模塊參數(shù)，包括4種波特率、25個信道選擇、發(fā)射功率等，設(shè)置指令需指定格式以及附加CRC16校驗碼。圖5為接收喚醒流圖。

3 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)鼠可以成為農(nóng)區(qū)鼠害的一種有效解決方式，其大功率交變電壓帶動超聲波喇叭，能對鼠類造成嚴(yán)重干擾，且十分適用于人煙稀少、地區(qū)開闊的農(nóng)區(qū)。加上低功耗、遠(yuǎn)距離可傳輸?shù)腗L7345C模塊，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、信息采集，構(gòu)成驅(qū)鼠物聯(lián)網(wǎng)，對鼠類進(jìn)行圍追堵截。

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