采用片上系统解决方案设计下一代低功耗自动传感器节点

　　随着物理感应越来越普及，高精度高效无线传感器和通信节点也变得越发重要。无线传感器节点是一种包含传感器、调节电路和数据通信等基本元件的平台。一系列节点在空间内分布开来，协作感应并传输数据，从而形成一个无线传感器网络 (WSN)。

　　无线传感器节点嵌入到许多器件之中，已经成为我们生活环境的一部分。许多电子产品都配备了不同的传感器，传感器数据可用于满足各种需求。举例来说，手机内的加速计就能跟踪我们的动作，而汽车轮胎内的压力传感器则能确保胎压处于最佳状态。

　　无线传感器节点是一种新兴的应用，而能耗是这种应用的关键指标。无线传感器节点的大规模成功部署依赖于分布式计算、网络、无线通信等众多领域的发展，特别是低功耗电路设计的发展显得尤为重要。无线传感器网络的应用涵盖工业、家庭自动化、医疗监测、生态监控以及农业资源管理等领域。　　

 

　　通用型无线传感器节点　　

图 2：简单通用型无线传感器节点的方框图

　　通用型无线传感器节点包含一个处理器。该处理器是系统的核心，负责控制节点的各种感应活动，并安排数据传输任务。编程到处理器中的算法集成了协作感应和能量管理控制等特性。传感器构成了采集系统，然后需要处理器完成处理和控制工作。整个系统可用电池供电，也可以通过存储收集到的能量进行供电。由于所需的电压不同，需要对低压输入进行升压转换，因此系统还要包含调节器。收集到的数据必须定期无线传输到数据中心，并由数据中心通过 RF 或 GSM 将数据上传到因特网。

　　无线传感器节点的一般要求：

　　1. 低能耗：由于无线传感器网络的部署规模通常较大，因此电池更换工作非常困难。在此情况下，节点处理必须实现低功耗和高能效。可以使用能量收集方法实现节点的自我维持。

　　2. 自我修复结构：一个节点发生故障不应对整个网络的工作造成明显影响。通过其它网络节点的支持，应该能够方便地进行调试和修复。通信故障的影响应当最小化，在此情况下，备份控制机制应当发挥作用，以避免宝贵数据丢失。

　　3. 高稳健性：由于节点部署在各种不同的恶劣物理条件下，所以应当确保能够长期准确地运行，且不会产生任何问题。

　　未来的挑战：

　　● 典型节点尺寸已经从最初的几立方厘米减小到 1 立方厘米以下。尺寸主要由能量存储和收集器决定。
　　● 系统不同部分的功率分布应确保高效性。
　　● 此外，扩展性问题也会影响存储元件以及采集传感器的大小，这关系到转换效率问题。电池尺寸同样也要不断缩小。
　　● 待机工作模式非常重要，因此漏电流/静态耗电性能已成为关键的设计参数。
　　● 节点通常在各种非理想的物理条件下工作。因此只有对实际条件下的运行状态进行深入彻底地鉴定和调查才能确保无线节点的成功部署。