Page 54 - 电力与能源2022年第五期

4 1 6 杨亚龙, 等: 施工区域地下热力管网无线振动监测系统

主控芯片使用IC 与 ADXL345 芯片进行通 最大可达 1600Hz 。结合 ADXL345 芯片的说明
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信, 使用异步串口 USART 与 BC25 进行通信, 电 文档, 将 ADX345 芯片的 IC 引脚进行 10 K 上
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路板和锂电池固定于防水外壳内, BC25 的 通 信 拉, 同样将用于 SPI通信的 CS 片选引脚上拉, 这
天线通过外壳开孔引出, 之后进行胶封。系统硬 样可以指定通信方式为 IC 模式。将 ADXL345
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件组成如图 2 所示。 的两个中断引脚连接至 STM32L431RCT6 的外
部中断引脚, 其中一个需要是 WKUP 中断引脚,
这 样 可 以 让 ADXL345 唤 醒 休 眠 中

的 STM32L431RCT6 。

图 3 三轴加速度图
图 2 监测装置硬件组成图
2.3 通信部分
2.1 主控部分
通信方式选用 NB-IoT , 对应选择 的 芯 片 为
主控芯片使用 STM32L4 系列芯片, 该系列
BC25 , 考虑到 BC25 芯片外围电路包括电源电路、
单片机是意法半导体设计的 32 位高性能低功耗
天线电路、 SIM 卡电路在内的设计的复杂性, 装
应用的单片机, 其内核为 Cortex-M4 , 最高频率可
置使用现有的成品模块, 连接 30dBi高增益通信
达 80MHz , 实现振动信号快速分析的同时, 具有
天线, 通过接插的形式连接至电路底板上。在底
超低功耗待机模式; Standb y 模式开启 RTC 定时
板上 设 计 开 关 电 路, 使 用 STM32L431RCT6 的
中断和 WKUP 外部中断情况下, 待机电流仅为
IO 引脚驱动 P 型 MOS 管控制整个成品模块的
0.45 μ A , 唤醒时间仅为 14 μ s , 可快速处理监测
电源通断, 以实现装置的低功耗运行。
到的振动信号。
2.4 供电部分
STM32L4 具有多个最大速率达 1000kHz
使用 3 节锂电池并联供电, 电压范围为 3.3
的IC 外设, 装置使用IC2 , 速率设定为快速模式
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~4.2V 。电路底板上使用 ME6211C33 稳压芯
400kHz , 将IC2 引脚及设定的两个外部中断引 片,同 时 为 STM32L431RCT6 、 ADXL345 和
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脚与 ADXL345 芯片连接, 应用时使用 800Hz采 BC25 模块板供电。将 USB 供电端和锂电池供电
样频率采样; 具有多个通用串口并可扩展多个低 端通过肖特基二极管进行防反接处理后并联, 实
功耗 串 口, 其 中 UART1 一 般 作 调 试 用, 使 用 现 USB 和锂电池双电源输入。
UART2 串口连接至 BC25 芯片的对应串口引脚, 锂电池充放电管理芯片使用 TP4065 芯片,
并同样将电源控制引脚和复位引脚连接至 BC25 在输出端设计简单的电阻分压电路供主控芯片检
芯片; 引出一个 ADC 引脚至电源输出端作电量 测当前电量。

检测, 同样引出 STM32L4 芯片的串口调试引脚,
3 软件设计
方便程序下载。
2.2 振动传感器部分 3.1 软件功能
振动传感器使用 MEMS 传感器, 具体芯片为 监测装置软件设计上需要实现的功能主要为
ADXL345 , 其为三轴加速度传感器, 可以同时监 信号采集分析、 通信上传、 低功耗休眠 3 部分, 其
测 3 个方向的振动( 见图 3 ), 并具有中断输出功 中信 号 采 集 分 析 部 分 为 STM32L431RCT6 从
能, 加速度检测灵敏度为 3.9m g LSB , 输出速率 ADXL345 通过IC 协议读取振动加速度数据并
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