無線傳感器網絡節點低功耗系統設計

(3)實驗結果分析
①LCD模塊中主要包括控制芯片和LCM(顯示器)。理論值中，LCD(S6B0741)的電流理論值并不包括LCM(顯示器)所消耗的電流。當LCD開啟，ATmega324p在Idle模式和正常工作模式時，理論值和實際測量值之間都大約相差3 mA。可以得出，3 mA的電流就是LCM(顯示器)大約消耗的電流。
②實際測量的電流值比理論值要大，這樣的能耗差異主要是消耗在便攜式控制器模塊中外圍電路上。外圍電路中各個電子元器件的理論消耗電流值很難查到，在計算的時候沒有加入。
③雖然測量的方法很簡單，測量的只是系統電流的靜態值，但是這個測量的電流值可以大體上反映出系統在不同的工作狀態下的功耗趨勢，對系統的低功耗研究有一定的意義和應用價值。
④在各種工作模式下的實際測試結果對比中可以看出，最小系統的最小能耗和最大能耗之間相差大約10 mA。所以，在低功耗設計中，不同功能要求下不同工作模式的轉換是非常有意義的。
⑤LCD模塊的背光打開和背光關閉消耗的電流差值在6 mA左右，可見LCD的背光在系統中是耗能很大的器件。所以，從節約能耗的角度考慮，一般正常情況下不開啟LCD背光。
2．2 便攜式控制器低功耗測試實驗
為了驗證便攜式控制器的耗電性能，在采取了上述軟硬件低功耗措施后，對便攜式模塊的功耗性能做了下述實驗。驗證結果表明，所設計的模塊在功耗方面基本滿足了系統的應用要求。
(1)實驗內容
①用ATmega324．p的定時器2進行定時收發，每隔2．5小時發送接收1次數據，1天發送9次數據。
②在沒有發送接收任務的時段，ATmega324p處于低功耗的睡眠狀態Power-save，關閉LCD模塊，IA4421工作在睡眠模式。從上面的小系統功耗實驗中看出，這樣的工作狀態下整個便攜式模塊的耗能最低。測試的軟件流程如圖2所示。

③IA4421的無線通信參數為：工作頻段433 MHz，數據傳輸率9．6 kbps，相對發射功率0 dBm，接收靈敏度-109 dBm。這樣的參數選擇，在滿足系統收發功能正常的情況下，盡量地使用低頻段、低傳輸率，為了滿足較遠距離傳輸并盡量地降低發送接收的功耗。
④用3節7號的南孚堿性高能電池供電，測試開始時電池電壓為4．86 V。
(2)實驗結果與意義
測試系統是針對便攜式控制器與主機之間的點對點通信設計的。實驗結果如表4所列。

每2．5小時進行1次通信，這個通信頻率對用戶使用本系統的頻率進行了較好的模擬。實驗結果可以看出，電池的壽命大概在5個半月，并且是在每天通信10次的基礎上測試得到的結果。這個電池壽命的指標基本達到了系統設計的要求，也證明了上述的軟硬件措施是得當有效的。

3 結 論
本文詳細分析了低功耗的軟硬件設計方法，在不同工作任務下選取不同的工作模式對降低功耗具有重要的意義。在使用了得當的軟硬件措施后，所設計的便攜式控制器模塊的電池壽命達到了半年左右，滿足了無線傳感器網絡系統的應用需要。文中的低功耗設計方法和思想對實際產品的開發具有一定的參考價值。