采用片上系統解決方案設計下一代低功耗自動傳感器節點

　　隨著物理感應越來越普及，高精度高效無線傳感器和通信節點也變得越發重要。無線傳感器節點是一種包含傳感器、調節電路和數據通信等基本元件的平臺。一系列節點在空間內分布開來，協作感應并傳輸數據，從而形成一個無線傳感器網絡 (WSN)。

　　無線傳感器節點嵌入到許多器件之中，已經成為我們生活環境的一部分。許多電子產品都配備了不同的傳感器，傳感器數據可用于滿足各種需求。舉例來說，手機內的加速計就能跟蹤我們的動作，而汽車輪胎內的壓力傳感器則能確保胎壓處于最佳狀態。

　　無線傳感器節點是一種新興的應用，而能耗是這種應用的關鍵指標。無線傳感器節點的大規模成功部署依賴于分布式計算、網絡、無線通信等眾多領域的發展，特別是低功耗電路設計的發展顯得尤為重要。無線傳感器網絡的應用涵蓋工業、家庭自動化、醫療監測、生態監控以及農業資源管理等領域?！　?/p>

 

　　通用型無線傳感器節點　　

圖 2：簡單通用型無線傳感器節點的方框圖

　　通用型無線傳感器節點包含一個處理器。該處理器是系統的核心，負責控制節點的各種感應活動，并安排數據傳輸任務。編程到處理器中的算法集成了協作感應和能量管理控制等特性。傳感器構成了采集系統，然后需要處理器完成處理和控制工作。整個系統可用電池供電，也可以通過存儲收集到的能量進行供電。由于所需的電壓不同，需要對低壓輸入進行升壓轉換，因此系統還要包含調節器。收集到的數據必須定期無線傳輸到數據中心，并由數據中心通過 RF 或 GSM 將數據上傳到因特網。

　　無線傳感器節點的一般要求：

　　1. 低能耗：由于無線傳感器網絡的部署規模通常較大，因此電池更換工作非常困難。在此情況下，節點處理必須實現低功耗和高能效?？梢允褂媚芰渴占椒▽崿F節點的自我維持。

　　2. 自我修復結構：一個節點發生故障不應對整個網絡的工作造成明顯影響。通過其它網絡節點的支持，應該能夠方便地進行調試和修復。通信故障的影響應當最小化，在此情況下，備份控制機制應當發揮作用，以避免寶貴數據丟失。

　　3. 高穩健性：由于節點部署在各種不同的惡劣物理條件下，所以應當確保能夠長期準確地運行，且不會產生任何問題。

　　未來的挑戰：

　　● 典型節點尺寸已經從最初的幾立方厘米減小到 1 立方厘米以下。尺寸主要由能量存儲和收集器決定。
　　● 系統不同部分的功率分布應確保高效性。
　　● 此外，擴展性問題也會影響存儲元件以及采集傳感器的大小，這關系到轉換效率問題。電池尺寸同樣也要不斷縮小。
　　● 待機工作模式非常重要，因此漏電流/靜態耗電性能已成為關鍵的設計參數。
　　● 節點通常在各種非理想的物理條件下工作。因此只有對實際條件下的運行狀態進行深入徹底地鑒定和調查才能確保無線節點的成功部署。