基于ARM7的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量管理初探

1 引言

微小的、資源非常有限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是無(wú)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能單元，擔(dān)負(fù)著信息采集、數(shù)據(jù)處理、信息傳輸?shù)戎厝巍?/p>本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/162635.htm

　　隨著MEMS技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，逐漸使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)。研究人員利用嵌入式技術(shù)開(kāi)發(fā)出了小型化板級(jí)無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，而這在30年前還僅是一種構(gòu)想；單片無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)也已經(jīng)問(wèn)世，但距離實(shí)用仍有相當(dāng)一段路要走。為了研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)和 能量管理技術(shù)我們采用基于ARM7核的SOC單片機(jī)LPC2138開(kāi)發(fā)了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(如圖1)。

2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)概述

　　相對(duì)于處理器運(yùn)算速度和功耗提高的幅度而言，電池性能的提高則緩慢許多，使得能量管理成為了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最大的挑戰(zhàn)。為了節(jié)能無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 要求節(jié)點(diǎn)具有動(dòng)態(tài)電源管理(DPM)功能，在節(jié)點(diǎn)空閑時(shí)應(yīng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)以節(jié)省能量。實(shí)現(xiàn)DPM功能需要微控制器的支持，由于ARM技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域有 著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，己有超過(guò)85％的無(wú)線通信設(shè)備采用了ARM技術(shù)。我們選擇了菲利浦公司生產(chǎn)的ARM基高性能、低功耗微控制器LPC2138構(gòu)建處理單 元。

LPC2138提供了完善的DPM支持：具有休眠和掉電兩種低功耗狀態(tài)，可通過(guò)外部中斷將其喚醒；振蕩模式下支持1～30 MHz外部晶體，通過(guò)鎖相環(huán)可使CPU獲得高達(dá)60 MHz的工作頻率，為了節(jié)能采用8 MHz晶體；片內(nèi)外設(shè)除了可通過(guò)外設(shè)功率控制寄存器開(kāi)啟、關(guān)閉外，其工作頻率亦可通過(guò)分頻器調(diào)整為處理器時(shí)鐘頻率的1／2或1／4。另外，存儲(chǔ)加速功能可 極大地加快程序的運(yùn)行速度，提高能量效率。這些使得LPC2138適合應(yīng)用到具有相當(dāng)處理能力的低功耗系統(tǒng)中。

為了使節(jié)點(diǎn)可用兩節(jié)AA電池供電，采用升壓型DC-DC MAX756構(gòu)建供電單元。除了升壓外MAX756還具有電源監(jiān)控的功能，當(dāng)Vin(可通過(guò)R1和R3調(diào)整)低于1.25 V時(shí)，LBO引腳輸出低電平、灌電流(如圖2)。這雖不能準(zhǔn)確給出電池荷電狀態(tài)(SOC)的多少，卻可讓傳感器節(jié)點(diǎn)了解其電池的荷電狀態(tài)下降到了某種程 度，節(jié)點(diǎn)不再適合擔(dān)任較繁重的工作了。由此改變節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)、降低節(jié)點(diǎn)的功耗，達(dá)到延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)使用時(shí)間的目的。

　數(shù)據(jù)收發(fā)單元采用由Chipcon公司推出的符合ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)芯片構(gòu)建；傳感單元由溫度傳感器DS1722和光亮度傳感器TSL2561組成。通過(guò)三級(jí)管放大MCU的GPIO驅(qū)動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)它們供電的動(dòng)態(tài)管理。