[發明專利]無線傳感器網絡節點超低功耗設計方法

無效

• 申請號: 201010509623.3
• 申請日: 2010-10-17
• 公開（公告）號: CN101965039A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發明（設計）人: 劉少強;洪丹龍;樊曉平;李勇周;陳磊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

1.一種無線傳感器網絡節點超低功耗設計方法，該方法涉及的無線傳感器網絡節點包括微處理器、電源、無線通信模塊和傳感器四個模塊，所述的電源、無線模塊和傳感器模塊均與微處理器連接；其特征在于，采用分別降低傳感器、無線通信模塊、微處理器的功耗和提高電源使用效率的硬件設計方法降低無線傳感器網絡節點的整體功耗。

2.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡節點超低功耗設計方法，其特征在于，分別降低傳感器、無線通信模塊、微處理器的功耗和提高電源使用效率的硬件設計方法的具體方法如下：

選擇一個2.7～3.3V的主工作電壓，并按照無線模塊、微處理器、傳感器模塊、電源模塊的順序依次選擇器件；

對于無線通信模塊，選擇平均工作電流低于I_c并具備自動休眠模式的器件或組件，I_c根據下式確定：

Ic=PαcVmTc;]]>

式中，P為節點目標功耗，V_m為主工作電壓，α_c為無線通信模塊平均工作電流占節點總電流的比值，即占總功耗的允許比值，T_c為無線通信模塊的工作占空比，α_c的取值在66.7％左右，T_c為1％；

對于微處理器，選擇在供電電壓V_m下平均工作電流低于I_p的微控制器：

Ip=PαpVmTp;]]>

式中，α_p為微處理器平均工作電流占節點總電流的比值，T_p為微處理器的工作占空比，α_p≤(1-α_c)*10％，T_p＝10*T_c＝10％，微控制器具有分模塊獨立工作模式，以及具有不同功耗的工作模式；

對于傳感器模塊，選擇平均工作電流低于I_s的傳感器件：

Is=PαsVmTs;]]>

式中，α_s為傳感模塊平均工作電流占節點總電流的比值，α_s≤(1-α_c)*90％，T_s為傳感器模塊的工作占空比，對于非實時性要求的檢測，選T_s＝(1～5)T_c；對于需要考慮實時性的檢測，選擇T_s＝(10～25)T_c；對于實時性監測，選擇T_s＝50T_c～100％；采用以下三種方式選擇傳感器件：

A：針對需要持續監測的應用場合，選擇自源型傳感器件；

B：選擇平均工作電流小于0.1mA的低功耗有源型傳感器件；

C：自源型傳感器件與外源型傳感器件組合的方式；自源型傳感器用于對信號的持續探測，外源型傳感器用于對超閾值信號的精確測量，以滿足對測量精度和進行低功耗持續監測的要求，當自源型傳感器探測到信號幅度超過設定閾值時，喚醒微處理器，啟動外源型傳感器；

對于電源模塊，在有精度優于0.1％的傳感器的場合，單獨設立可關斷的輔助電源或使用具有多路輸出的電源電壓調整器，由微控制器控制該高精度傳感器的啟動與關閉；當監測到鋰電池電壓處于節點主電壓的有效范圍時，由鋰電池直接供電；當電池電壓處于有效范圍之外時，啟用電壓調整器；電壓調整器的電壓閾值V_k根據節點主電壓、電壓調整器的輸入、輸出電流以及與輸出電流對應的能量轉換效率值確定，V_k的計算公式如下：

Vk=Vm1IiIo+η(Io)-1;]]>

式中，I_i，I_o分別是電壓調整器的輸入、輸出電流，η(I_o)是對應I_o的能量轉換效率。