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《无线网络传感器中超低功耗节点能源技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第23卷第1期四川理工学院学报(自然科学版)Vol23No12010年2月JournalofSichuanUniversityofScience&Engineering(NaturalScienceEdition)Feb2010文章编号:16731549(2010)01004404无线网络传感器中超低功耗节点能源技术研究杨维剑,王梅英(四川理工学院计算机学院,四川自贡643000)摘要:能源问题是无线网络传感器中的关键问题。文章针对无线传感器网络其节点绝大部分时间处于休眠状态,而正常收发数
2、据时间极短运行的特点,利用多模式运行以及分区供电的节能思想,结合新型的电子开关芯片ADG821/ADG822以及定时器PF8563,成功开发设计了一款超低功耗(<1W)网络传感器,降低了整个无线网络传感器的节点能耗问题,扩大了无线网络传感器的应用范围。关键词:无线网络;超低功耗;传感器;节点能源技术中图分类号:TP393.02文献标识码:A表1无线网络传感器节点的运行状态引言运行处理存储数据无线数据实时状态器器转换通信采集时钟随着无线网络传感器技术的发展,其在工业、商业、S0活动活动活动接收、发送活动活动医
3、学、消费和军事等领域的应用逐步深入,而能源问题S1活动活动活动接收活动活动一直成为无线网络传感器延长应用寿命和降低成本的S2空闲休眠活动接收关闭活动关键。在环境恶劣或其他人类无法到达的场合或网络S3休眠休眠休眠接收关闭活动S4关闭关闭关闭接收关闭活动节点移动变化时,电池的更换变得非常困难甚至不可S5关闭关闭关闭关闭关闭活动能,因而有效的为无线网络传感器降低功耗,尤其是无S0全功能正常运行模式,S1可以完成传感器数据的采线传感器网络绝大部分时间处于休眠状态的功耗,是一种明智的选择。虽然目前出现了许多节点调度算法
4、,但集、转换和存储,S2可以完成转换任务,S3是一般空闲这些节点没有考虑单个节点自身能量消耗问题,从而导模式下的情况,而S5是功耗最低的空闲模式。在S4致节点过快的消耗能量,严重影响了网络覆盖效果和整中,只有无线通信模块的接收部分和实时时钟模块工网的生命周期[12]。作,其余部分都处于关闭状态,功耗较低。在S5中,只有实时时钟模块工作,其余部分都处于关闭状态,功耗1超低功耗节点能源技术原理分析[4]最低。无线网络传感器节点主要由处理器、无线通信、存对于运行状态S4,既可以通过无线通讯唤醒整个储器、数据转换、
5、能量供应、实时时钟以及数据采样等模系统,也可以通过实时时钟唤醒整个系统。而对于S5,块构成。各模块具有不同的工作状态,各状态又有不同只能通过实时时钟唤醒系统。的功耗。传感器节点的有效休眠状态见表1。2总体方案设计从能量开销的角度看,无线网络传感器节点各部分[3]运行状态不同,其能量开销有明显差异。从表1可以21总体方案看出,S0功耗最大,S1次之,其余依次是S2,S3,S4,S5。在系统中,利用低功耗实时时钟芯片PCF8563以收稿日期:20091009基金项目:863国家重点基金项目(2008AA11
6、A134);四川省科技攻关项目(07GG004011重点);人工智能四川省重点实验室项目(2007R010)作者简介:杨维剑(1968),男,四川渠县人,副教授,硕士,主要从事数字图像传感器、单片机、嵌入式系统和计算机软硬件开发与应用等方面的研究。第23卷第1期杨维剑等:无线网络传感器中超低功耗节点能源技术研究45及电子开关ADG821,对各模块能源加以管理。其总体(1)低工作电流:典型值为025A(VDD=30V,方案示意图如图1所示。Tamb=25时);(2)世纪标志;(3)大工
7、作电压范围:10V-55V;(4)低休眠电流;典型值为025A(VDD=30V,Tamb=25);(5)400KHz的I2C总线接口(VDD=18V-55V时);(6)可编程时钟输出频率为:32768KH、1024Hz、32Hz和1Hz;(7)报警和定时器;(8)掉电检测器;(9)内部集成的振荡器电容;图1节点能源总体方案设计(10)片内电源复位功能;在图1中,能源供给模块直接向ADG821和2(11)IC总线从地址:读,0A3H;写,0A2H;PCF8563供电,其余模块通过ADG821供
8、电。(12)开漏中断引脚。[5]22ADG821/ADG822芯片从ADG821和PCF8563的性能可以看出,直接跟这ADG821与ADG822芯片的内部结构如图2所示。两芯片供电,其功耗及小,典型累计功耗小于076W。ADG821与ADG822主要性能如下:[6]24无线通信模块(1)在125时最大接入电阻08;为了使整个节点能源功耗更小,同时又能满足各运(2)在125时最大漂移
