一種低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

《一種低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、一種低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)　　摘要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)的傳感層。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，低功耗成為系統(tǒng)應(yīng)用的重要制約，因此設(shè)計(jì)低功耗節(jié)點(diǎn)是當(dāng)前研究難題之一。在自主研發(fā)的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能交通系統(tǒng)中，研究電源功耗問題，設(shè)計(jì)并制作完成了低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；低功耗管理；傳感節(jié)點(diǎn)中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044（2014）04-0719-021物聯(lián)網(wǎng)概念物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofthings）概念是由麻省理工學(xué)院Auto-I

2、D研究中心（Auto-IDLabs）提出的，是指把所有物品通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理。2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了一份題為《TheInternetofthings》的年度報(bào)告，對物聯(lián)網(wǎng)概念進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了任何時刻、任何地點(diǎn)、任意物體之間互聯(lián)的發(fā)展遠(yuǎn)景，RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、智能終端（smartthings）等技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用[1]。自此物聯(lián)網(wǎng)引起全球廣泛關(guān)注，并成為國家層級的發(fā)展戰(zhàn)略。6近幾年來物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)開始推廣并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，

3、覆蓋范圍包括智能工業(yè)、智能電力、智能安保、智能家居、智能運(yùn)輸、智能醫(yī)療等[2]。美國思科公司開發(fā)的“智能互聯(lián)建筑”方案，為美國硅谷網(wǎng)域存儲技術(shù)有限公司節(jié)約了15%的能源消耗；IBM提出的“智慧地球”概念，并已推出了多項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)解決方案，涵蓋多個領(lǐng)域[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在全球范圍推廣，新的應(yīng)用場合的出現(xiàn)越來越多，形成對物聯(lián)網(wǎng)新的要求，其中低功耗問題逐漸成為凸顯問題之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于物聯(lián)網(wǎng)的傳感層，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的硬件支撐。研究表明，低功耗管理系統(tǒng)在整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有特殊性，還需要結(jié)合芯片特點(diǎn)和功

4、能要求及成本進(jìn)行進(jìn)一步研究。2無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)構(gòu)建典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，必須考慮四個方面的因素：網(wǎng)絡(luò)選擇，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功耗以及兼容性[3]。在實(shí)際應(yīng)用中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)需要采用電池供電，因此，對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)來說，低功耗是無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要制約之一[4-5]。設(shè)計(jì)低功耗傳感器節(jié)點(diǎn)，成為當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)研究難題之一?，F(xiàn)有的研究主要集中在能量消耗的低功耗模塊設(shè)計(jì)，并在電源管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由獨(dú)立分布的大量節(jié)點(diǎn)和與計(jì)算機(jī)連接的網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，獨(dú)立節(jié)點(diǎn)之間采用無線方式進(jìn)行通信組成網(wǎng)絡(luò)。作為一種針對應(yīng)用

5、而開發(fā)的技術(shù)，在項(xiàng)目無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中必須考慮實(shí)用性。安放在不同監(jiān)測點(diǎn)的傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時采集外界信息，如溫度、聲音、震動等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點(diǎn)都具備數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸功能，還能中繼傳送其它節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)，并最終通過網(wǎng)絡(luò)傳遞將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。用戶從網(wǎng)關(guān)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析或查看歷史數(shù)據(jù)記錄。本設(shè)計(jì)為自主研發(fā)的智能公交系統(tǒng)，以RFID通信新技術(shù)為基礎(chǔ)，以嵌入式系統(tǒng)作為平臺，以無線網(wǎng)絡(luò)為依托，數(shù)據(jù)庫支撐后臺管理。智能公交車載模型中，以ATmega328為核心，產(chǎn)生高低電平信號通過一個L298N驅(qū)動兩個

6、減速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)促使小車運(yùn)動。通過尋跡模塊里的紅外對管是否尋到黑線產(chǎn)生的電平信號經(jīng)過LM339比較后返回到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)程序設(shè)計(jì)的要求做出相應(yīng)的判斷送給電機(jī)驅(qū)動模塊，讓小車來實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等基本功能。公交車信息顯示包括哪路公交，終點(diǎn)站以哪個站點(diǎn)為環(huán)行線、當(dāng)?shù)貢r間等。實(shí)物如圖2所示。3傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)6系統(tǒng)的傳感節(jié)點(diǎn)在部署時就擁有明確的地理位置信息，并且裝備傳感器收集相應(yīng)參數(shù)。節(jié)點(diǎn)包括由低功耗的處理單元、低功耗WPAN基帶單元和模擬傳感器信號處理單元組成。通過WPAN基帶單元可以無線傳送數(shù)據(jù)到基

7、站/網(wǎng)關(guān)，通過模擬信號處理單元可以對系統(tǒng)加載的各種傳感器及GPS定位設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理。在一般情況下，節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，功耗極低。當(dāng)外界環(huán)境參數(shù)變化，電路自動喚醒，節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)，并無線傳送回中心，若遇到超限信號，節(jié)點(diǎn)將進(jìn)行模糊判斷，在確認(rèn)之后發(fā)射報(bào)警信號。傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)無法繞開能耗問題。根據(jù)系統(tǒng)需求來設(shè)置每個模塊的動態(tài)變化，以減小功耗。前端中的電源穩(wěn)壓電路及限流保護(hù)電路始終處于工作狀態(tài)，而對于基帶控制器的設(shè)計(jì)，采取時鐘喚醒模式，控制各子模塊的工作狀態(tài)，合理安排工作休眠時間和有效傳輸

8、數(shù)據(jù)模式以減少節(jié)點(diǎn)的能耗，這在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中做重點(diǎn)考慮。為了實(shí)現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)的低功耗及更優(yōu)的測量性能，選擇合適的工作模式，通過無線配置傳感節(jié)點(diǎn)的工作參數(shù)，使節(jié)點(diǎn)按照應(yīng)用需要控制采集的節(jié)奏和信息數(shù)據(jù)傳輸，從而降低能耗，延長節(jié)點(diǎn)工作服務(wù)時間。對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在有供能充足的情況下，所有節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測模塊和數(shù)傳模塊都處于工作或等待狀態(tài)，這樣可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及實(shí)現(xiàn)即時響應(yīng)功能。如果要減小系統(tǒng)整體功耗，則設(shè)計(jì)將部分節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)調(diào)整為間歇工作方式。而將某