EDN China > 技术文章 > 通信 > RF 射频微波 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 无线传感器网络硬件设计综述

来源:单片机与嵌入式系统应用/姜连祥 汪小燕?? 2006年11月18日 ?? 收藏0

  如表1所列,就低功耗而言,MSP430F1xx MCU系列提供业界较低的电流消耗,工作电压为1.8 V,实时时钟待机电流的消耗仅为 1.1 μA,而运行模式电流低至 300 μA (1 MHz),从休眠至正常工作整个唤醒过程仅需6 μs。PIC系列微控制器也有低功耗的产品问世。Toles节点和ZebraNet节点就是采用MSP430系列的微控制器,功耗非常低。在某些数据量大的应用中,高端的处理器也有应用。例如μAMPS1节点采用StrongARM处理器SA1110,功耗为27~976 mW。该处理器支持DVS节能,可以降低功耗450 mW左右;关掉无线模块功耗可以降低300 mW。μAMPS2采用的处理器是DSP。XYZnode采用的处理器是OKI公司的ARMTDMI内核的ML67Q5002,该处理器也支持DFS(动态频率调节),工作电流为15~72 mA,频率为1.8~57.6 MHz。

表1? 典型无线传感器网络节点

典型无线传感器网络节点

  从处理器的角度看,无线传感器网络节点基本可以分为两类:一类采用以ARM处理器为代表的高端处理器。该类节点的能量消耗比采用微控制器大很多,多数支持DVS(动态电压调节)或DFS(动态频率调节)等节能策略,但是其处理能力也强很多,适合图像等高数据量业务的应用;此外,采用高端处理器来作为网关节点也是不错的选择。表2中最后3款处理器是ARM内核的处理器,功耗明显比低端微控制器高很多。另一类是以采用低端微控制器为代表的节点。该类节点的处理能力较弱,但是能量消耗功率也很小。在选择处理器时应该首先考虑系统对处理能力的需要,然后再考虑功耗问题。

表2? 各种常见的微控制器性能比较

各种常见的微控制器性能比较


2.2? 无线传输技术及芯片

  可以利用的传输媒体有空气、红外、激光、超声波等,常用的无线通信技术有: 802.11b、802.15.4(ZigBee)、Bluetooth、UWB、RFID、IrDA等;还有很多芯片双方通信的协议由用户自己定义,这些芯片一般工作在ISM免费频段,如表3所列。利用激光作为传输媒体,功耗比用电磁波低,更安全。缺点是:只能直线传输;易受大气状况影响;传输具有方向性。这些缺点决定这不是一种理想的传输介质。红外线的传输也具有方向性,距离短,不需要天线。芯片 83F88S是一种符合IrDA标准的无线收发芯片。UWB具有发射信号功率谱密度低、系统复杂度低、对信道衰落不敏感、安全性好、数据传输率高、能提供数cm的定位精度等优点;缺点是传输距离只有10 m左右,隔墙穿透力不好。802.11b因为功耗高而应用不多,Bluetooth工作在2.4 GHz频段,传输速率可达10 Mbps;缺点是传输距离只有10 m左右,完整协议栈有250 KB,不适合使用低端处理器,多用于家庭个人无线局域网,在无线传感器网络中也有所应用。在无线传感器网络中应用最多的是ZigBee和普通射频芯片。 ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,完整的协议栈只有32 KB,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。以上特点决定ZigBee技术非常适合应用在无线传感器网络中。目前市场上常见的支持ZigBee协议的芯片制造商有Chipcon公司和Freescale半导体公司,Figure8公司还专门开发了ZigBee协议栈。Chipcon公司的 CC2420芯片应用较多,Toles节点和XYZ节点都是采用该芯片;Chipcon公司提供包含Figure8公司开发的ZigBee协议的完整开发套件。Freescale半导体公司提供ZigBee的2.4 GHz无线传输芯片有MC13191、MC13192、MC13193;该公司还提供配套的开发套件。

表3? 应用于无线传感器网络的无线通信技术

应用于无线传感器网络的无线通信技术

  普通的射频芯片也是一种理想的选择,可以自定义通信协议,比较有代表性的MAC协议有TMAC、SMA、CWiseMAC、BMAC、DMAC 等。路由协议有Gossiping、SPIN协议、LEACH协议、TEEN协议等。从性能、成本、功耗方面考虑,RFM公司的TR1000和 Chipcon公司的CC1000是理想的选择。这两种芯片各有所长,TR1000功耗低一些,CC1000灵敏度高一些,传输距离更远。WeC、 Renee和Mica节点均采用TR1000芯片;Mica2采用CC1000芯片;Mica3采用Chipcon公司的CC1020芯片,传输速率可达 153.6 kbps,支持OOK、FSK和GFSK调制方式;Micaz节点则采用CC2420 ZigBee芯片。还有一类无线芯片本身集成了处理器,例如CC2430是在CC2420的基础上集成了51内核的单片机;CC1010是在CC1000 的基础上集成了51内核的单片机,使得芯片的集成度进一步提高。WiseNet节点采用的是CC1010芯片。常见的无线芯片还有Nordic公司的 nRF905、nRF2401等系列芯片,因为功耗较高,接收灵敏度比较低,开发难度较大,在实际的无线传感器网络中应用较少。常用无线芯片的主要参数比较如表4所列。


?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

无线传感器网络? 硬件平台? 低功耗? 无线通信?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈