一種低功耗的無線瓦斯傳感器節點設計

3 節點能耗估計
在所設計的電路中，消耗能量的部分是穩壓電路、CC2430芯片和MIPEX傳感器。CC2430芯片在一個工作／休眠周期(10 min)內，至少有8分30秒處于PM2低功耗狀態，本文設定的是PM2低功耗狀態，在此期間電流為0．9μA。有70 s的時間處于PM1低功耗狀態，其余20 s處于PM0狀態。MIPEX傳感器正常工作時，其電流為1 mA。
一般電池的能量采用mAh的方法進行表示，為了便于估計所設計的節點電路工作壽命，這里也采用mAh的方法來表示能量。根據上面的分析，可以計算出在一個工作／休眠周期內，節點電路所消耗的能量。CC2430在一個周期的能耗約為：
Q1=0．9μA×510 s+0．2 mA×70 s+25 mA×20 s=514．459 mAs
MIPEX傳感器在一個周期內的能耗約為：
Q2=1 mA×90 s=90 mAs
文中所設計的電路采用3節1．5 V電池供電，即輸入為4．5 V，輸出為3．3 V。MH5333穩壓器的效率與其壓差有關，線性穩壓器件(LDO)的效率一般在85％～90％之問，且隨著壓差的減小，其效率會有所增加。這里假設其轉換效率為85％，則整個節點電路在一個周期(10 min)內的能耗可以表示為：

一節普通5號電池的能量在600～700mAh，由此可以估算出所設計的節點電路在3節電池供電情況下的工作時間為：

由此可見，本文所設計的無線瓦斯傳感器節點具有很低的能量消耗，3節普通5號電池供電的情況下，工作時間可達3 797天即10年之多。文中設定丁作／休眠周期可適當縮短，以提高監測情況的實時性。如果設置周期為5 min，那么工作時間也有5年左右。
傳統的低功耗瓦斯傳感元件功耗都在百mW以上，且有至少10 s的響應時間，所以僅傳感元件本身的能耗就非常大。如果再加上信號放大電路、無線收發電路的能耗，仍沒定工作／休眠周期為10 min，那么普通3節1．5 V電池儀能維持一個月左右。因此與傳統瓦斯傳感元件相比，MIPEX傳感元件的低功耗性能表現非常優越。這也為低功耗無線瓦斯傳感器節點實用化提供了一條行之有效的途徑。

結語
本文采用低功耗紅外瓦斯傳感器MIPEX和CC2430設計的無線瓦斯傳感器節點，能夠維持足夠長的工作時間，是采用傳統低功耗瓦斯傳感元件所遠遠不能達到的，這對于推進無線瓦斯傳感器節點進一步走向實用化具有重要意義。不過論文所設計的傳感器節點對瓦斯濃度響應的實時性有待進一步提高。當瓦斯濃度超限時，能夠向CC2430發出中斷觸發信號，將其從休眠中喚醒。不過，需要增加硬件電路，才能實現該功能。傳感器節點也可以根據瓦斯濃度的高低及變化速率．來確定其工作／休眠周期。如果瓦斯濃度低，且變化速率不大，則可以設置較長的工作／休眠周期；如果瓦斯濃度變化較大，則設置較短的工作／休眠周期；如果瓦斯濃度超限，則應處于實時工作狀態。