無線傳感器低功耗設計

　　由于對運動中物體的傾角測量在交通、航天、軍事等領域有著重要的意義，這里采用加速度傳感器對傾斜角進行測量，介紹混合自動控制算法的應用?；舅悸罚?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/無線">無線傳感器節(jié)點根據(jù)環(huán)境變量的連續(xù)性變化，對傳感器執(zhí)行離散的處理應用，當環(huán)境參數(shù)改變(增加或減小)時，傳感器的狀態(tài)變量相應改變，當改變到臨界點時，系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一功率狀態(tài)。首先對系統(tǒng)作如下要求：變量x表示所測量的傾斜角度值，最高為30°，最低為8°，它代表環(huán)境參數(shù)的改變，是各狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的主要因素；變量z為計時器，用于狀態(tài)的計時。為了簡化控制過程，把系統(tǒng)分為三個狀態(tài)，l1為睡眠狀態(tài)，此時傳感器模塊和無線收發(fā)器都處于不活動狀態(tài)，控制系統(tǒng)保持l1狀態(tài)為60 s。其不等式條件為z≤ 60，當z>60時，轉(zhuǎn)入狀態(tài)l2。狀態(tài)l2和l3表示不同的采集和無線傳輸頻率的活動狀態(tài)，狀態(tài)l2下的采集和無線傳輸頻率低于l3，此時每間隔 10 s發(fā)送一次采集的傾斜角度數(shù)據(jù)，在發(fā)送完之后，無線收發(fā)器和傳感器進入關(guān)閉狀態(tài)等待下一個周期的到來。運行過程中，當傾斜角的變化在O．5°～5°之間 (O．5≤|x-xold|≤5)且傾斜角度不超過30°(x≤30°)時，系統(tǒng)運行在狀態(tài)l2；當傾斜角度變化大于5°(|x-xold|>5) 或x>30°時，系統(tǒng)進入狀態(tài)l3運行；當傾斜角度變化小于0．5°(|x-xold|0．5)且x≤30°時，節(jié)點處于睡眠狀態(tài)l1。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4所示。

　　在狀態(tài)l3下。節(jié)點各部分都處于活動狀態(tài)，每間隔1 s發(fā)送一次數(shù)據(jù)，用于傾斜角度變化過快或角度達到了高危值。節(jié)點開始于狀態(tài)l2，一般情況下，當傾斜角不發(fā)生變化或變化值低于O．5°，系統(tǒng)在狀態(tài)l1和 l2之間轉(zhuǎn)換，即數(shù)據(jù)在每間隔60 s發(fā)送一次，間隔期內(nèi)，節(jié)點處于睡眠模式，以節(jié)省能耗。如果變化值超過O．5°，系統(tǒng)進入狀態(tài)l2，否則，當變化值超過5°，就進入狀態(tài)l3。使用該算法，在傾斜角變化正常的情況下，設無線傳感器節(jié)點直接和sink節(jié)點通信，則節(jié)點大部分的時間處于狀態(tài)l1。

圖5為混合自動控制算法在MSP430和nRF905無線加速度傳感器系統(tǒng)中實現(xiàn)的簡化流程圖。

　　5 結(jié)語

　　由于傳感器節(jié)點各部分存在著多種工作模式并且能量消耗差異較大，所以通過動態(tài)功率管理方法可以在系統(tǒng)級有效地降低節(jié)點的功耗，這里在介紹無線傳感器動態(tài)功率管理基本原理的基礎上，對幾種典型的動態(tài)功率管理方法進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)在環(huán)境參數(shù)(如加速度、溫度等)變化穩(wěn)定的情況下，通過混合自動控制算法對環(huán)境變量的變化值范圍劃分來設定系統(tǒng)的工作狀態(tài)，控制無線收發(fā)模塊的收發(fā)頻率，能增加節(jié)點的休眠時間，減少收發(fā)次數(shù)，從而有效地降低系統(tǒng)功耗，最后通過 MSP430、nRF905無線加速度傳感器系統(tǒng)，介紹了混合自動控制算法的應用。