【应用】低功耗32位MCU在无线联网报警系统中的应用

时间： 2019-08-29 来源：世强作者：风起云扬

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【摘要】在无线报警系统设计中，要保证其电池的使用寿命、数据传输的安全快捷以及产品本身的小型化和低成本，因此对系统主控单元器件的选择既要满足低功耗、小体积、低成本又需要该器件能对数据传输的进行加密处理。本文着重推荐了SILICON LABS基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列，超低功耗、高性能、高集成度等优势使得其完全可以胜任无线报警系统的诸多设计挑战。

在生产、生活中，有着多种安全防护需求，而随着无线技术的发展与进步，无线联网报警系统以其数据传输的先进性、安装操作的便捷性，得到了广泛的应用。

图1：安防无线报警系统构成框图

图2：节点类设备内部结构框图

图1是安防无线报警系统构成框图。该系统是由无线报警主机和各类节点设备组成。在运行中，节点设备会将状态信息和报警信息通过无线通信方式上传给无线报警主机，无线报警主机再根据信息内容进行后续处理，如存储、远程传输、驱动报警外设、等等。

在该系统设计中，一般会遇到如下几个挑战。首先，节点设备一般采用电池供电，那么，既要控制电池成本、又要尽量获得更长电池使用寿命，就会成为一个让工程师感到棘手的问题。其次，报警系统采用无线通信方式，作为报警系统，数据传输既要安全又要快捷，这就要求在数据传输中，不仅要对通讯数据进行加密处理，还不能因此而降低速度。最后，无论是节点设备、还是主控设备，其产品本身一般都要求小体积、低成本，那么，就要求所用的主控芯片既要集成功能多，还要芯片体积小、成本低。

世界知名的精密混合信号芯片方案提供商Silicon Labs致力于打造强大的IOT整套芯片方案。其中，新近推出的基于Cortex-M3核的高性能32位MCU EFM32JG系列，以其超低功耗、高性能、高集成度等优势，完全可以胜任上述挑战！图3是EFM32JG系列MCU内部结构框图及其亮点。

图3：EFM32JG系列MCU内部结构框图及其亮点

EFM32JG系列MCU拥有EM0~EM4多种工作模式。在各模式上，有着优秀的指标，如深度休眠模式，2.5 μA@EM2 (RTCC running with state and RAM retention)，功耗极低；全速运行模式，仅63 μA/MHz @EM0，功率密度优秀。在运行中，MCU可根据节点设备或主控设备的任务需求，灵活切换能耗模式，比如可采用：工作（EM0）→ 深度休眠（EM2）→唤醒（仅2us）→工作（EM0）→......这种运行方式，以获取最低平均功耗。另外，EFM32JG系列MCU，还集成了LEUART（低功耗串口），在EM2模式下与DMA配合，可在无内核干预下运行，也可以通过接收的数据唤醒MCU。不仅自身功耗低，还使MCU拥有更好的唤醒方式。因此，在功耗控制上，EFM32JG系列MCU，以其优秀的指标、灵活多样的能耗模式以及各种特色外设，使得节点设备的电池使用寿命，能够得到很好的延长。

在数据传输的安全与快捷上，EFM32JG系列MCU，完全集成了3种主流加密算法的硬件加密引擎：

• AES 128/256-bit keys

• ECC B/K163, B/K233, P192, P224, P256

• SHA-1 and SHA-2 （SHA-224 and SHA-256）

因为是硬件的，简单几条指令，就可以实现加密或解密，节省了MCU用几百条软件指令去计算的时间，不仅实现了数据传输的安全性，也没有因此而拉低数据传输的速率。很好地破解了加密与高速共存的瓶颈。

最后，如上述，节点设备一般要电池供电，为了获得稳定的电压以及较高的电源转化效率，一般都要一个DC/DC电源IC。EFM32JG系列MCU集成了一个DC/DC控制器，因此很好地满足了这种需要。该DC/DC控制性能优秀，转化率可达85%，输出电流高达200MA（低噪模式，且Tamb ≤ 85°C），不仅可以自己用，还可以供其他外设使用。这不仅减少了硬件BOM成本，更减少了PCB体积。

综上所述，EFM32JG系列MCU，以其高度的集成性，优秀的性能，很好地胜任了在无线联网报警系统设计中的挑战！

EFM32JG系列MCU其他典型应用：

• 物联网设备和传感器

• 健康和健身

• 智能配件

• 家庭自动化和安全

• 工业和工厂自动化

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wasion Lv5. 技术专家 2018-10-25

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