【应用】R5F100LE低功耗16位单片机在窗户报警器中的应用
本文介绍了瑞萨电子公司推出的R5F100LE单片机在窗户报警器中的应用。
随着人们安防意识的逐渐增强,安防报警系统广泛应用于生产、生活的各个领域,窗户报警器是安防报警器的一种类型,由于其价格低廉、易操作、安全性强等特点得到广泛的应用,本文说明提供了一种基于瑞萨单片机R5F100LE的窗户报警器的解决方案。
R5F100LE的结构框图
R5F100LE是RL78/G13群的一款MCU,RL78/G13群的结构框图请参见图1:
图1 R5F100LE结构框图
引脚配置
R5F100LE引脚配置请参见图2:
图2 R5F100LE引脚配置
系统框图
本文说明的系统框图请参见图3:
图3 窗户报警器系统框图
功能介绍
系统上电后,LED 以 500ms 的 周期闪烁,持续时间大约为 10 秒(待机时间),当 LED 常灭后,表示系统可以正常工作。通常情况下MCU运行在 STOP 模式以节省功耗,只有触发中断后才进入正常工作模式。如果振动检测模块 Z02 侦测到振动信号产生外部中断, 系统退出STOP模式,进入振动处理任务。在振动处理任务中,系统使 LE 以 50ms 的周期闪烁, 同时调用 M3 S-S2-Tiny 库对 ROM 中的语音数据(ADPCM)进行解码(PCM),解码 后利用 TAU 的 PWM 输出功能驱动 语音报警,报警声(> 80 dB)持续约 20 秒。
振动处理状态结束后,系统再 次进入STOP模式,以待下一次检测。如果电池电量不足,低电压检测电路会检测到低电压状态 并产生中断,系统退出STOP模式,进入低电压处理任务。在低电压处理任务中,如果系统电压低于预 先设定的检测电压(3.75 V),系统点亮LED以提醒用户及时更换电池。低电压处理任 务结束后,系统再次进入STOP模式,以待下一次检测。本章主要描述与 MCU 相关部分的电路。电路主要分为振动检测电路、扬声器驱动电路、以及LED驱动电路。
振动检测电路
振动检测电路原理图,请参见图4:
图 4 振动检测电路原理图
振动检测电路功能描述
本系统使用Z02振动传感器来检测是否受到振动。Z02是一种Φ20mm,厚度为3.5mm的片状高灵敏振动检测模块,可作为振动报警器的微型传感头,用于门窗及其他场合的防盗报警,也可以用于其他即时监测控制电路。模块的黄铜底板可检测到极其微弱的振动波,经内部放大、滤波、整形、电平转换,延时3~5秒后输出幅度接近电源电压的瞬态脉冲信号。如果振动停止,输出信号即刻恢复到零电平状态。
扬声器驱动电路
扬声器驱动电路原理图,请参见图5:
图5 扬声器驱动电路原理图
扬声器驱动电路功能描述
本系统使用扬声器来进行语音报警。扬声器驱动电路使用音频功率发大器 HT82V733 来驱动扬声器。 HT82V733 是一款 240mA 音频功率放大器,可用来驱动单声道扬声器,该芯片具有待机功能,在待机状态可关闭内部放大器以节省功耗。LS1是一款额定阻抗8Ω,额定功率1W的扬声器。单片机利用 PWM 做语音输出时,PWM的频率为11.025KHz(同语音信号采样频率一致),PWM 的占空比由解码后的PCM数据产生。在本设计中,HT82V733 接收 MCU 输出的 PWM,经内部放大后驱动扬声器实现语音报警功能。
LED 驱动电路
LED 驱动电路原理图请参见图6:
图6 LED 驱动电路原理图
LED 驱动电路功能描述
本系统状态指示灯选择高亮 LED,驱动电流一般在 10 mA 左右。由于单片机的大电流驱动能力能直接驱动LED,因此选用低电平点亮 LED。P1.1 连接的 LED 用于指示状态,指示状态如下:
1. 当系统上电复位完成时,LED 慢速闪烁约 10 秒,提示系统完成复位状态。
2. 当检测到振动发出语音报警时,LED 快速闪烁,在声音报警结束后熄灭。
3. 当检测到电池电压过低时,LED 常亮状态,提示用户及时更换电池。
P1.0 连接的 LED为备用 LED,本设计中未使用。
软件模块
整个系统主要有以下 5 个任务。它们分别是:复位待机任务、低功耗任务、中断唤醒任务、振动处理任务、低电压处理任务。任务转移框图请参见图7:
图7 任务转移框图
复位待机任务
系统上电后,系统进入复位待机状态。此状态下,LED 以 500ms 的周期闪烁。大约 10 秒(待机时间)后, LED 常灭,表示系统待机任务完成,可进行正常的工作。
低功耗任务
系统从复位待机任务退出后,通过执行 STOP 指令进入低功耗模式。此时,所有外围功能停止运行,仅中断功能和 LVD 功能有效。
中断唤醒任务
当振动检测模块产生外部中断或者低电压检测功能产生中断后,系统被唤醒,退出STOP模式。
振动处理任务
当系统被振动检测模块产生的外部中断唤醒时,表示有异常侵入,需要产生声光信号进行报警。系统调用瑞萨公司的“M3S-S2-Tiny”库文件解码 ADPCM,在解码语音文件后,使用TAU的PWM输出功能驱动扬声器发出声音,同时快速闪烁 LED。
低电压处理任务
当系统检测到系统电压低于预先设定的检测电压(3.75V)时,产生中断信号唤醒系统,LED 点亮提示用户需及时更换电池。如果没有产生低电压检测中断,则LED为熄灭状态。
R5F100LE单片机在窗户报警器系统的关键特性
· 超低功耗科技
· VDD = 1.6~5.5V
· HALT 模式/STOP 模式/SNOOZE 模式
· RL78 CPU 内核
· 3 段流水线的 CISC 哈佛体系结构
· 最短指令执行时间:能在高速(0.03125us:以高速内部振荡器时钟 32MHz 运行时)到超低速(30.5us:以副系统时钟 32.768kHz 运行时)之间变换。
· 地址空间:1M 字节, 内部 RAM:2KB~32KB
· 通用寄存器:8 位寄存器×8×4 组
代码闪存
· 代码闪存:16KB~512KB
· 禁止块擦除、改写(安全功能),内置片上调试功能,具有自编程、引导交换功能以及闪存屏蔽窗口功能
数据闪存
· 数据闪存:4KB~8KB
· 能执行后台操作(BGO)以及能在改写数据闪存期间执行程序存储器中的指令
· 改写次数:1000000 次(TYP.)
高速内部振荡器
· 可从 32MHz/24MHz/16MHz/12MHz/8MHz/6MHz/4MHz/3MHz/2MHz/1MHz 中选择
· 高精度±1.0% (VDD = 1.8 ~ 5.5V、TA = -20 ~ +85°C)
工作环境温度
· TA = -40 ~ +85°C (A :民用产品、D :工业用产品)
· TA = -20 ~ +105°C(G :工业用产品)
总而言之,R5F100LE 是一款具有 RL78 内核,可以在最低功耗下实现最优处理性能的微控制器。主要应用于家庭应用、移动设备、健康医疗设备等消费类电及工业应用中。
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78K0R/Fx3 Series 16 Bit Single-chip Microcomputer EEPROM Emulation Library EEL T03
型号- 78K0R/FX3 SERIES,78K0R/FX3
瑞萨MCU的RL78系列单片机有什么优点?
瑞萨MCU的RL78系列是16位低功耗单片机,集成高精度12位ADC转换器,符合USB BC 1.2规范的USB模块增强通信功能,内部的FLASH从8KB-128KB,支持高速时钟1Mhz-20Mhz等参数。
技术问答 发布时间 : 2017-05-05
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