適應(yīng)環(huán)境能量補(bǔ)給的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)低功耗技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的生命周期受電池能量制約,在滿足節(jié)點(diǎn)性能要求的前提下,降低各個(gè)模塊的功耗,從而延長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)壽命是節(jié)點(diǎn)級(jí)低功耗技術(shù)研究的主要內(nèi)容。目前,環(huán)境能量采集技術(shù)的迅速發(fā)展,使節(jié)點(diǎn)從所處環(huán)境獲取能量補(bǔ)給甚至實(shí)現(xiàn)自供電成為一種解決能量問(wèn)題的可行途徑。采集的能量具有不確定性與隨機(jī)性,使得節(jié)點(diǎn)電源處于動(dòng)態(tài)變化中,研究節(jié)點(diǎn)各個(gè)模塊的低功耗設(shè)計(jì)策略還需要適應(yīng)環(huán)境能量采集技術(shù)及特點(diǎn),因此,研究普遍適用的WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則,對(duì)低功耗WSN節(jié)點(diǎn)

2、設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　 本文分析了WSN節(jié)點(diǎn)的耗能特點(diǎn)以及低功耗設(shè)計(jì)的一般原則,根據(jù)WSN節(jié)點(diǎn)的一般工作模式、現(xiàn)有電子器件以及節(jié)能技術(shù),計(jì)算并驗(yàn)證了節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)超低功耗的可行性。針對(duì)環(huán)境能量補(bǔ)給的特點(diǎn)以及組成節(jié)點(diǎn)的四大模塊的耗能特點(diǎn),本文提出了相應(yīng)的低功耗設(shè)計(jì)策略。該設(shè)計(jì)策略選擇了適合節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的最低工作電壓,根據(jù)節(jié)點(diǎn)負(fù)載變化動(dòng)態(tài)地切換其他器件的供電方式,使電源模塊在不同負(fù)載下不僅能夠保持高能效,而且能高效利用與存儲(chǔ)采集的能量。針對(duì)

3、傳感器模塊的低功耗策略包括傳感器件選擇及工作參數(shù)設(shè)置、分級(jí)感測(cè)及自適應(yīng)采樣等,這些策略降低了持續(xù)監(jiān)測(cè)下傳感器模塊的平均功耗。提出的降低工作電壓及頻率、選擇低能耗存儲(chǔ)器、使用分模塊工作方式以及編譯優(yōu)化等策略,有助于降低微控制器模塊的功耗。對(duì)于無(wú)線通信模塊,提出的策略有降低發(fā)射功率、短距離多跳通信方式等,而其他外圍器件采用的低功耗策略是盡量使外圍器件處于功耗低的工作狀態(tài)。將相應(yīng)策略應(yīng)用于Mica2節(jié)點(diǎn)的各個(gè)模塊中,并依據(jù)Mica2的功耗計(jì)算