基于ARM7的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量管理初探
1 引言
微小的、資源非常有限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是無傳感器網(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://m.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)開發(fā)出了小型化板級(jí)無線 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;單片無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)也已經(jīng)問世,但距離實(shí)用仍有相當(dāng)一段路要走。為了研究無線傳感器網(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線傳感器網(wǎng)絡(luò)最大的挑戰(zhàn)。為了節(jié)能無線傳感器網(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)在無線通信領(lǐng)域有 著無可比擬的優(yōu)勢,己有超過85%的無線通信設(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(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)除了可通過外設(shè)功率控制寄存器開啟、關(guān)閉外,其工作頻率亦可通過分頻器調(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。
評(píng)論