編者按：以搭載羅姆小無線的驅鼠器為基礎，綜述了小無線設備在農業物聯網中的應用優勢，重點介紹了基於ML7345C的超聲波驅鼠設備的遙控方案。
作者 吳紹聰 許路 上海大學(上海 20072)
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201806/382300.htm*2017「羅姆杯」上海大學大學生創新設計大賽最佳創意獎
摘要： 以搭載羅姆小無線的驅鼠器為基礎，綜述了小無線設備在農業物聯網中的應用優勢，重點介紹了基於ML7345C的超聲波驅鼠設備的遙控方案。
1 驅鼠物聯網設計
驅鼠物聯網主要由三層組成，上層為監控、控制中心;中層為小無線傳輸網絡，負責上下層信息來往;下層為驅鼠執行裝置，直接負責物理驅鼠。
驅鼠器主要由六個部分構成：控制單元、電源管理、超聲波逆變電路、驅鼠喇叭和物聯網無線通訊模塊。
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功能，能出色地完成整個系統的控制任務。程序主要負責協調各部分的模塊工作，一是對電源系統進行管理控制，由於其他模塊需要單片機進行控制工作，所以控制單元先行上電，在這裡利用MCU控制繼電器，進而控制給其他模塊上電，控制單元還設置有保護機制，當發生過壓或過流時，保護斷電、防止程序跑飛使用MCU的內部看門狗等;二是利用MCU內部高性能的PWM發生器產生互補的PWM驅動信號，通過在中斷中改變PWM模塊內部寄存器的值，然後在不同的周期輸出不同佔空比的控制波形，通過後級驅動電路控制橋臂，同時，在這裡利用軟體內部給互補的PWM波形加上死區時間來保護，防止出現直通;三是通過UART與無線通信模塊進行信息交互，設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，利用外部中斷響應模塊要求，並在串口中斷中把要接收的數據逐一保存，明確要求指令後做出及時處理，將要發送數據存儲至緩衝區後，進行發送操作，先拉低無線模塊的喚醒腳，激活無線模塊，然後將系統採集信息(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、5 V雙路獨立電源，5 V電源為系統控制電路電源，24 V為正弦波逆變器電源。超聲波逆變電路採用單相橋式電路拓撲，如圖3所示。選擇羅姆公司低通態電阻MOSFET管 RSD200N05 以減小功率器件開關損耗，IR2110為MOSFET專用驅動晶片。
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行傅立葉展開，再通過式(2)中對單極性模型中輸出波形的直流分量、餘弦分量以及正弦偶次分量進行化簡後得出各個諧波的計算公式，在此次單極性調製中，消除3、5、7、9次諧波，即令A3、A5、A7、A9等於0，計算出對應5個開關角a1=23.1019、a3=33.7381、a5=47.7118、a7=68.4834、a9=76.4669，按照開關角來驅動MOS管，這樣可以將輸出諧波推向11次，再由後級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所示。
物聯網無線通訊模塊採用羅姆公司GSMD-7345C模塊，ML7345C模塊運行功耗低、傳輸距離遠，通過UART串口與控制單元連接，負責信息中轉。
驅鼠喇叭選用大功率的超聲波喇叭，頻率變化範圍20 kHz～50 kHz，最大輸出功率100 W。
2 ML7345C模塊
該驅鼠器藉由ML7345模塊，模塊搭載著ML7345C晶片，加上外圍電路，能夠長距離進行無線通信。模塊採用主流的GFSK調製，窄帶載波，抗幹擾能力強，模塊接口採用串口通信，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，需進行喚醒轉換到工作模式才能正常與其他模塊進行通信，可拉低WK引腳或第一幀數據包喚醒，或者模塊作為接收時自動喚醒，一旦模塊內部定時器超時，模塊自動進入到低功耗狀態，以偵聽的方式查看是否有數據接受。模塊通過指令設置模塊參數，包括4種波特率、25個信道選擇、發射功率等，設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 結論
物聯網驅鼠可以成為農區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，能對鼠類造成嚴重幹擾，且十分適用於人煙稀少、地區開闊的農區。 加上低功耗、遠距離可傳輸的ML7345C模塊，可實現遠程遙控、信息採集，構成驅鼠物聯網，對鼠類進行圍追堵截。
參考文獻：
[1]王兆安,劉進軍.電力電子技術[M].北京:機械工業出版社,2009:2.
[2]徐超.特定諧波消除技術中方程組快速求解研究[D].東北電力大學,2007.
[3]ROHM.FEUL620Q504H-01[EB/OL].http://www.lapis-semi.cn/cn/data/user's%20manual-file_db/miconlp/FEUL620Q504H-01.pdf, 2015.
[4]ROHM.rsd200n05fra-e[EB/OL].http://www.rohm.com.cn/web/china/datasheet/RSD200N05FRA/rsd200n05fra-e., 2017.
[5]ROHM.rb051lam-40tr-e[EB/OL].http://www.rohm.com.cn/web/china/datasheet/RB051LAM-40/rb051lam-40tr-e., 2017.
本文來源於《電子產品世界》2018年第7期第38頁，歡迎您寫論文時引用，並註明出處。