Page 37 - 电力与能源2023年第五期

徐飞杭，等：远距离无线宽频振动传感器的设计与实现 459

去了信号放大电路。ADS8866 还具有功耗随采
样 率 上 升 的 特 性 ，在 不 采 集 时 电 流 可 低 至 纳 安
级别。
表 4 ADS8866 工作特性

序号 项目 参数
1 转换精度/位 16
－1
2 最大采样率/（kbit·s ） 100
3 输入范围/V 0~5
－1
4 功率耗散（100 kSa·s ）/mW 0.7
5 电源（DC）/V 2.7~3.6
在该无线振动传感器中，由 ESP32S3 模组通
图 2 电源部分设计方案
过 SPI 控 制 ADS8866 的 采 样 率 ，采 样 率 范 围 为
第 2 个核心，当一段时间没有收到上位机命令后
0~20 kHz，可 以 较 好 地 覆 盖 ADXL1002 的 频 响
主控自动进入休眠状态。主任务运行流程见图 3，
范围。
采集任务运行流程见图 4。
2.4 电源
电源部分主要由锂电池及其充电模块、电平
转换模块构成，其中锂电池为无线振动传感器提
供电源，充电模块通过外部电源为锂电池充电，电
平转换模块将锂电池的电平转换为不同电平的电

压供给芯片。
设计选用了 2 节 14500 锂电池，串联起来提
供 7.4 V 的电源电压，并配套选用了 2 节锂电池串
联充电模块。基于通信模组高功耗的特点，选用
了 一 个 3.3 V 的 DC/DC 电 平 转 换 模 块 为

ESP32S3 模 组 提 供 电 源 ；基 于 ADS8866 模 数 芯
图 3 主任务运行流程
片和 ADXL1002 加速度传感器低功耗、高电平稳
定需求的特点，选用了一个 3.3 V 的电平基准模
块为 ADS8866 模数转换芯片提供电源，选用了一
个 5 V 的电平基准模块为 ADXL1002 加速度传感
器提供电源，以及为 ADS8866 模数转换芯片提供

电平基准。
电源部分的设计保证了无线振动传感器数据
采集和运行的稳定性，该部分设计方案见图 2。

3 软件设计

基于硬件设计选型和无线振动传感器功能需 图 4 采集任务运行流程

求，进行了软件实现，设计了以下的软件运行流 上位机通过 Wifi 唤醒 ESP32S3 后，ESP32S3
程：在 ESP32S3 核心上运行 FreeRTOS 实时操作 开始不断处理接收到的命令，包括开始采集、停止
系统，可同时作主控和通信用。工作过程中，通信 采集、修改采样率等。当收到开始采集命令时，启
和控制任务运行在第 1 个核心，采集任务运行在 动运行在第 2 个核心上的采集任务。当收到停止