摘要：采用低功耗的Cortex—M0內核處理器作為嵌入式開發平臺的微處理器，設計了基于Wi—Fi技術的礦用移動終端。在軟件設計上，根據應用和實時任務要求進行工作模式切換，在完成Wi—Fi數據傳輸功能的同時，有效地降低了終端的系統功耗。重點分析了Wi—Fi移動終端的軟硬件設計思路，尤其是在降低功耗上采取的措施。最后，給出了終端傳榆功能和功耗的實際測試結果。
關鍵詞：Wi—Fi；移動終端；低功耗

引言
無線通信作為傳統礦井通信與監測的有益補充，越來越受到重視。無線通信技術在煤礦安全生產指揮調度系統中的應用主要包括常規通信和應急通信。正常生產中的應用主要以語音通信為主，同時考慮數據和圖像應用，基于Wi—Fi技術的井下移動終端，是新型的井下無線通信設備，Wi—Fi技術具有傳輸帶寬高、通信可靠性好、通用性強、網絡部署方便等特點，可以滿足大數據量的無線通信應用需求，實現井下的無線音視頻通信、定位和環境監測等功能。
使用固定電池供電的Wi—Fi移動終端，如何在滿足通信任務的同時，降低終端設備的功耗，延長設備的工作和待機時間，是移動式Wi—Fi終端設備的技術瓶頸。本文提出了一種低功耗Wi—Fi移動終端的設計思路，選用NXP公司低功耗的Cortex—M0內核處理器和Roving Networ ks公司的超低功耗Wi—Fi模組。在實現Wi—Fi無線數據傳輸功能的同時，通過合理的軟硬件措施，可根據不同的應用要求切換選擇不同的工作模式，從而在既定的電池能耗限定條件下，有效地延長了移動終端的工作和待機時間，為礦用Wi—Fi移動終端產品的設計提供了一種低功耗設計方案。

1 Wi-Fi移動終端硬件設計
本設計采用NXP公司的低功耗的Cortex—MO內核處理器LPCI227作為主控制器，其在深度睡眠模式，靜態電流為2 mA；而在深度掉電模式下，只消耗nA級的靜態電流。RN171是一款超低功耗Wi—Fi模組，深度睡眠模式下，整個模組靜態電流僅為4μA。它包含2．4 GHz射頻電路、32位SPARC(可擴充處理器架構)處理器、完整的TCP／IP協議棧、電源管理和模擬傳感接口，具有“主機零負荷”的性能。網絡通信協議可以利用其內置的32位SPARC處理器來執行，所以不會對主控制器造成任何負擔。

圖1為Wi—Fi移動終端的總體硬件設計框圖，主要包括Cortex—M0內核鍰控制器、Wi—Fi模組RN171，主時鐘、低頻睡眠時鐘和3 V的電源供應。RN171通過SPI或者UART接口與主控制器進行數據通信，主機通過UART口來控制RN171的各項操作和數據傳輸。
供電單元采用LDO降壓芯片，在設計時考慮了芯片的成本、最大電流負荷、電源輸入／輸出效率和噪聲、輸入電壓范圍、輸出電壓精度和保護特性，尤其把LDO的靜態電流作為低功耗供電單元設計的重點因素，采用TOREX公司的XC62FP3002。考慮到陶瓷電容有較優的ESR特性，可以過濾脈動電壓抖動影響，設計中同時采用陶瓷電容匹配LDO芯片。
主控制器LPCI227有兩個時鐘源，12 MHz的主時鐘和32 kHz的睡眠時鐘，通過LPC1227內部的PLL(鎖相環)模塊，調整合適的分頻和倍頻值，使得主控制器能工作在最高50 MHz的主頻。32 kHz的睡眠時鐘，在移動終端進入低功耗模式時提供時鐘基準，很大程度地降低了控制器功耗。LPC1227通過實時時鐘來喚醒終端，進入正常工作模式。
由于RN171的RF端口已經有50 Ω的標準阻抗，可以將一個50 Ω的阻抗天線直接連接到RF信號源端。在設計中，借助網絡分析儀的幫助，設計了匹配的π型濾波器，以得到更高帶寬性能的射頻信號接收性能和最佳的駐波比。具體的LC參數值取決于PCB介質特性和電子料的布板。天線設計采用Roving Networks公司官方推薦的PCB走線的布線方式，Roving Networks公司提供了完整的PCB天線的走線方式和尺寸。