导言
跟着无线传感器网络运用的日趋广泛，越来越多的运用领域要求节点模块不只具有更小的体积，并且能够继续作业更长的时刻，低功耗的规划已成为无线传感器网络运用研究的一个重要方面。
无线传感器网络低功耗规划可从三个方面进行：一是硬件规划低功耗，即经过低功耗芯片选型、低功耗电路规划技巧运用等多种手法下降体系功耗;二是作业形式低功耗，这是低功耗规划中最首要的手法，也是最有用的，它经过转化节点模块“休眠-唤醒”的作业状况完结功耗操控，能够选用节点时刻同步、主机形式操控等办法到达下降功耗的意图;三是软件规划低功耗，即在无线传感器网络开发进程中，从软件着手，经过优化程序规划、切换芯片功耗形式、选用中止驱动形式等手法下降体系功耗，从原理上讲作业形式低功耗规划也是软件规划低功耗的一种。
针对某传感器网络运用中，由于小规模内包括很多集合的传感器节点，且数据收集时刻随机，传统Mesh型(网状)网络拓扑结构和根据时刻同步算法的星型传感器网络难以完结，而选用根据星型拓扑结构和主机轮询的网络作业形式，能够有用满意体系需求，并能够完结低功耗的体系规划。详细开发中，选用无线微操控器CC1110作为主控芯片，归纳硬件规划低功耗、作业形式低功耗和软件规划低功耗完结了体系的低功耗规划。
1 体系组成及硬件电路规划
图1为根据CC1110的无线传感器网络体系结构框图，以节点操控器为中心，与无线节点模块组成星型拓扑结构的网络。节点模块以CC1110为操控中心，一方面操控传感器进行数据收集，另一方面完结与节点操控器的无线通讯，承受节点操控器的操控。节点电源模块包括充电电路、可充电电池、多级电源芯片等，是电路低功耗规划的硬件根底。
节点模块选用电池独立供电形式，能够运用无线充电或许太阳能充电，大大扩展了这种传感器网络的运用规模和场合，并且规划中选用了紧缩的电路结构规划、小容量可充电电池以及细小封装外围芯片，所以整个节点模块体积十分小。图2为CC11l0传感器节点模块的电路原理图。选用CC1110为操控中心的优势在于：CC1110是一款低成本SoC，内部集成了一个增强型低功耗8051处理器内核和一个无线收发芯片CC1100，无线通讯可作业在315/433/915 MHz的ISM(工业、科学和医学)和SRD(短距离设备)频率波段;芯片合作少数的外围器材，即可成为一个无线传感器网络的通讯、操控中心。
图3为电池供电模块电路原理图，选用RICHTECH公司的低压差稳压芯片RT9161A-42CX，可输出4.2V电压和最大500mA电流，在驱动电流为100 mA时，典型压降为200 mV，能够提高无线充电和太阳能充电时的能量运用率。内置可充电电池容量为150 mA，能够满意体系能量需求，也能够有用减小模块的体积。
图4为CC1110电池电压检测电路及供电模块电路原理图。电池在满电状况下能够输出4.2 V的电压，这超出了CC1110正常作业时的最高电压3.9 V，所以需求在电池输出端添加一级的降压或许稳压的进程。能够选用两种办法：一是运用稳压二极管，这种办法简略有用，可是会形成功率的很多糟蹋，特别是稳压二极管前端一般需求一个限流电阻，在芯片休眠状况下，此电阻也会继续耗电，直至电池电压降到稳压二极管的击穿电压(比方3.9 V)这样电池从4.2 V到3.9 V的电量将被糟蹋;二是运用集成稳压芯片，应当选用有较高转化功率和较小本身功耗的芯片，这儿挑选R%&&&&&%HTECH公司的RT9013A-30PB，不只具有极低的噪声合适RF运用，并且静态功耗只要25μA，能够大大减小体系的静态功耗。CC 1110电池电压检测及供电模块如图4所示。图4中的电阻分压电路是用来检测电池电量，接入CC1110的P0_7端口，运用内部的模数转化功用完结电池电量的监测，由于选用了芯片内的1.25 V基准电压作为参阅，所以外部需求精确分压来核算电池电量，分压电阻也能够选用非精细电阻，这需求实践丈量阻值并在电压核算中调整换算系数。
RT9013A-30PB还具有使能端口，能完结供电的开关操控，特别是作为传感器电源，在传感器没有低功耗形式时，可由操控器直接关断，完结极低的功耗。图5为RT9013A-30PB运用于外部传感器操控的电路原理图，需求留意的是，该款芯片最大能供给500 mA的电流。
经过硬件规划，包括电池充电电路、CC1110芯片供电电路、电压检测电路、传感器供电电路等，构建了体系低功耗的硬件根底。但实践作业时，CC1110在无线网络敞开情况下作业电流一般能到达16 mA以上，所以进一步下降体系的均匀功耗需求规划体系的低功耗作业形式。
2 根据“唤醒-侦听”的低功耗作业形式
CC1110具有4种低功耗形式，如表1所列。分别为PM0～PM3：在PM0形式下，CPU处于挂起状况，其他外设可处于作业状况;在PM1形式下，高速时钟源悉数封闭，CPU和外设都不作业，数字寄存器中的内容不丢掉，能够呼应外部中止，体系处在低时钟状况作业，这时睡觉定时器作业，I/O坚持装备状况;PM2形式为次低功耗形式，外部中止有用，低速振荡器作业，睡觉定时器作业，I/O坚持装备，RAM中的内容和大部分功用寄存器内容坚持，其他内部电路封闭，这种形式下可用睡觉定时器唤醒体系;PM3形式为体系最低功耗形式，内部数字稳压模块封闭，内部电路悉数断电，只要复位、外部中止有用，I/O坚持装备和输出状况，这时只能经过复位或许外部中止唤醒体系。
低功耗的无线节点选用的是PM2作业形式，由于PM3形式有必要经过外部干涉才能够唤醒，不符合规划要求。PM2形式的低功耗算法选用根据“唤醒-侦听”的作业办法，CC1110开端即进入PM2睡觉作业形式，待睡觉定时器完结计数后，唤醒体系进入全速作业状况，敞开无线接纳功用，侦听频道信息。假如接纳到主机唤醒作业指令，那么康复到正常作业状况，假如在设定的侦听时刻内没有接纳到主机指令或许非本机指令，则从头进入睡觉状况，并设定睡觉定时器进入下一次的“唤醒-侦听”循环。图6为“唤醒-侦听”无线节点低功耗的作业流程，其间无线节点在完结主机指令后，可在休眠指令下再次进入休眠形式。
针对上面思路规划的无线节点，在节点操控器唤醒程序规划时需求留意几点：一是由于节点的自主唤醒时刻是随机的，所以节点操控器要在节点睡觉和唤醒时刻内接连发送唤醒指令，这样假如节点设置较长的睡觉时刻，那么能够有用下降体系的均匀功耗，可是会添加节点操控器发送唤醒指令的时刻，所以需求在功耗和功能之间权衡;二是当一个区域存在多个无线传感器节点时，能够设置多条操控指令，例如单个节点，或悉数节点唤醒，或许悉数节点睡觉。
3 测验核算
图7为节点模块的功耗测验电路实物图，包括了CC1110模块、无线充电模块、充电供电模块以及两路传感器供电模块。传感器的供电测验选用外接负载电阻的办法模仿。
体系运用中，设置节点的睡觉时刻为2 s，节点唤醒时刻为10 ms，节点活动时的均匀电流为20 mA(敞开无线收发，体系全速作业，不考虑传感器功耗)，睡觉状况下测验节点的电流为0.2 mA(包括3路RT9013A-30PB以及整个CC1110模块)。能够核算出体系作业的均匀电流为0.3 mA，则电池充溢后，能够在待机情况下运用500小时。
结语
体系归纳硬件电路规划和程序流程操控，提出了一种根据CC1110的无线传感器网络低功耗节点规划办法，能够为必定规模内多无线传感器节点的星状网络形式供给规划参阅。此外，对稳压芯片挑选以及功耗核算进行了剖析讨论。终究规划得到的节点不只具有较长的作业时刻，并且体积小、成本低，合适运用于多种场合。
