基于ARM7的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能量管理初探 (1)2011-06-03 16:30:24來源:互聯(lián)網(wǎng)

1 引言
微小的、資源非常有限的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點是無傳感器網(wǎng)絡的基本功能單元，擔負著信息采集、數(shù)據(jù)處理、信息傳輸?shù)戎厝巍?/p>

隨著MEMS技術、微電子技術、網(wǎng)絡技術和計算機技術的進步，逐漸使得無線傳感器網(wǎng)絡成為現(xiàn)實。研究人員利用嵌入式技術開發(fā)出了小型化板級無線 傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，而這在30年前還僅是一種構想；單片無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點也已經(jīng)問世，但距離實用仍有相當一段路要走。為了研究無線傳感器網(wǎng)絡的組網(wǎng)技術和 能量管理技術我們采用基于ARM7核的SOC單片機LPC2138開發(fā)了一種傳感器網(wǎng)絡節(jié)點(如圖1)。


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2 節(jié)點設計概述

相對于處理器運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線傳感器網(wǎng)絡最大的挑戰(zhàn)。為了節(jié)能無線傳感器網(wǎng)絡 要求節(jié)點具有動態(tài)電源管理(DPM)功能，在節(jié)點空閑時應進入低功耗狀態(tài)以節(jié)省能量。實現(xiàn)DPM功能需要微控制器的支持，由于ARM技術在無線通信領域有 著無可比擬的優(yōu)勢，己有超過85％的無線通信設備采用了ARM技術。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)，可通過外部中斷將其喚醒；振蕩模式下支持1～30 MHz外部晶體，通過鎖相環(huán)可使CPU獲得高達60 MHz的工作頻率，為了節(jié)能采用8 MHz晶體；片內(nèi)外設除了可通過外設功率控制寄存器開啟、關閉外，其工作頻率亦可通過分頻器調(diào)整為處理器時鐘頻率的1／2或1／4。另外，存儲加速功能可 極大地加快程序的運行速度，提高能量效率。這些使得LPC2138適合應用到具有相當處理能力的低功耗系統(tǒng)中。

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


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數(shù)據(jù)收發(fā)單元采用由Chipcon公司推出的符合ZigBee標準的射頻收發(fā)芯片構建；傳感單元由溫度傳感器DS1722和光亮度傳感器TSL2561組成。通過三級管放大MCU的GPIO驅(qū)動能力，實現(xiàn)對它們供電的動態(tài)管理。


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