无源感知开发套件 Powercast P2110-EVAL-01 介绍


Powercast P2110-EVAL-01 介绍

Powercast P2110-EVAL-01是由位于美国的 Powercast 公司所推出的面向无源感知领域的无源传感器网络开发套件。

本文将主要介绍该开发套件,以及如何在国内购买该产品,并简单介绍如何使用该开发板。

Powercast P2110-EVAL-01

用于无线传感器的 Lifetimeower® 能量收集开发套件是一个完整的演示和开发平台,用于创建由 RF 能量(无线电波)驱动的无源无线传感器网络使用。该装置无需电池即可为无线传感器节点进行供电。其所使用的电源是由 RF 能量转换成 DC 之后存储在电容器中的。当电容存储足够的电荷时,P2110 的稳压输出便可以为无线传感器节点供电,直到节点完成操作或直到电容器上的低压阈值关闭电源为止。开发套件中的主要部件包括:

  • 射频能量发送装置
  • 无线传感器节点
  • P2110 射频能量收集装置
  • 传感器数据接入点

无线传感器节点是由 P2110 Powerharvester 接收器供电,可将 RF 能量转换为 DC 电源。

在该开发套件中,TX91501 发射器是 915MHz 的 RF 能量源(850-950 MHz的其他源也可用于供电)。

从传感器节点到传感器数据接入点的通信使用得是 802.15.4 标准的 2.4GHz 无线电

无线传感器节点配置了温度,湿度和光线三种传感器,并且具有外部传感器接口,可以扩展其他的传感器使用。

购买

Powercast官网列出来了几个其所支持的经销商,其中有几个是支持国内购买的。

购买地址

在参考了几家以及淘宝的价格之后,最终选择了从贸泽电子上购买最便宜。

从购买到收到货大概花了一周多的时间,主要是从国外发货,到国内之后由 EMS 转运的。

套件组件介绍

P2110-EVAL-01 开发套件的所有组件如图:

P2110-EVAL-01

其中包括:

  • 一个 915 MHz 的射频能量发射器
  • 两个传感器节点
  • 两个 P2110 开发板
  • 两个贴片天线
  • 两个偶极天线
  • 一个传感器信号接收节点
  • 一个用于传感器节点接收和发送的编程工具

接下来分别介绍:

射频能量发射器

射频能量发射器的工作电压是普通的220V,公共功率为3瓦。其集成了8dBi天线和两个电源插孔,可以发射 915 MHz 的射频信号。

P2110-EVAL-01

无线传感器节点

无线传感器节点包括:

  • 温度传感器
  • 湿度传感器
  • 光传感器
  • 外部传感器接口

将该装置插入 P2110 开发板中,启动之后会将数据发送到接入点(Microchip 16位XLP开发板)当中。该节点的工作电压为 3V 不可调整。

P2110-EVAL-01

P2110 开发板

P2110 Powerharvester 接收器所对应的开发板。 该板具有用于连接天线的 SMA 连接器和用于无线传感器板的10针连接器。

P2110-EVAL-01

贴片天线

具有120度接收模式的915MHz 6dBi 定向天线

P2110-EVAL-01

偶极天线

具有360度接收模式的915MHz 1dBi 全向天线

P2110-EVAL-01

传感器信号接收节点

定制接收器开发板,采用 Microchip 的 PIC24F MCU,预编程为接收点,用于接收来自无线传感器板的数据。

P2110-EVAL-01

PICkit™3编程器/调试器(PG164130)

用于更新无线传感器节点和传感器信号接收节点代码的编程工具。

P2110-EVAL-01

套件设置和操作

组装设备

首先得将 RF 发射器插上电源,使其处于工作状态。

接下来对 P2110 进行操作:

  • 将原本位于 C3 上插着的物体拔下插入到 C5 上
  • 将三个开关切换到如图所示位置

P2110-EVAL-01

设置传感器节点的编号,传感器网络是由多个传感器节点构成的,为了在接收数据时区分他们,得为每一个传感器节点设置相应的编号。

编号的设置方式是通过传感器节点如下图所示的三个开关控制的。1 2 3分别表示 1 2 4三个数字,这样传感器节点可以设置的编号范围便是0~7。

P2110-EVAL-01

接下来将传感器节点以及接收天线插入到 P2110 开发板上:

P2110-EVAL-01

此时,将传感器节点放置在发射器周围,P2110开发板上红灯闪烁,表示其处于工作状态下。

连接 PC

为了获取到传感器节点发送到接入点上的数据,得下载想应的软件来读取该数据。下载地址:

接下来将接入点插上 USB 连接到电脑上。

打开 CoolTerm 软件,点击 Options:

P2110-EVAL-01

点击 Port 中选择 sub 设备,假如该设备没有出现的话点击下方的 Re-Scan 重新扫描下。

P2110-EVAL-01

然后设置 Baudrate 为 19200,其他的默认就好,点击确定:

P2110-EVAL-01

接下来点击 Connect 便可以连接到设备:

P2110-EVAL-01

连接成功之后,第一次使用时得按下接入点上如图所示的黑色按钮。

P2110-EVAL-01

此时,便会显示如下的信息:

P2110-EVAL-01

接下来便会收到来自传感器节点发送过来的数据:

P2110-EVAL-01

数据分析

从传感器上发送过来的数据参数所代表的信息如下:

  • Packet#:数据包编号,从1到9999递增
  • Time:数据包接收时间,格式:HH:MM:SS
  • dT:接收数据包之间的时间差,每个节点使用单独的计数器
  • TX ID:TX91501射频发射器的出厂编号,范围从1 ~ 254,“—“表示其他(error)
  • Node:传感器节点编号,范围0 ~ 7
  • RSSI:来自RF电源的接收信号强度指示器,范围从0.04 ~ 50 mW,“—“表示其他情况
  • Temp:温度(华氏温度),范围25 ~ 125°F,“—“表示其他情况
  • Humidity:相对湿度,范围15 ~ 85 % rh,“—“表示其他情况
  • Light:环境亮度(Lux),范围10 ~ 99999 lux,“—“表示其他情况
  • Extrnl:额外传感器功率,范围0 ~ 3000mV

其中无线传感器上的 JP1 主要是控制传感器节点上各传感器的工作状态的,拔掉上面对应的装置则对应的传感器不工作。

P2110-EVAL-01

而 JP2 可以用来测量当前无线传感器节点的使用情况。当传感器节点运行时间较短时(约10ms)可以使用数字万用表进行平均电流监测。否则运行时间较长的话就需要示波器才能看到当前的使用情况。

需要使用电流探头来测量电流传感器电流的时候,请先移除 JP2 上的装置。并连接测试引线,从一个引脚到另一个引脚的两侧都有挂钩。 将电流探头连接到测试导线。

如果没有电流探头的话可以将 R18 作为电流检测电阻。R18 是与 JP2 并联的10Ω 电阻。在 JP2 断开连接的情况下,通过在 JP2 上连接一个电压探头,可以在示波器上看到 R18 两端的电压。然后可以计算出电流。

开发板编程

P2110-EVAL-01 开发套件中的传感器节点和数据接入节点都可以通过 PICkit™3 编程器 来进行编程和调试。

Powercast 官方提供了对应传感器和接入点的源代码(由c语言编写)。下载地址:源码下载

源码得使用 Microchip 所提供的 Mplab IDE 进行编辑。下载地址:

Mplab IDE 还需要配合相应的嵌入式 c 语言环境进行使用。下载地址:

下载并安装上述软件(注意安装 MPLAB® XC16 时需要将注册到环境变量选上),之后打开 IDE,执行如下操作:

文件 -> 打开项目 -> 找到源码目录下的EVB-MC-Source -> 打开 Access Point 或 End Point。

其中:

  • Access Point:接入点源码
  • End Point:传感器源码

对源码进行修改后将 PICkit™3编程器 通过 USB 与电脑相连,并且与所要修改的传感器节点或接入点相连,执行 Run Project 即可将编写的代码写入到对应硬件中。