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无线传感器网络WSN硬件设计综述

来源:   字体:[ ]  2007-03-24

关键词:

2.1  处理器单元

    处理器单元是传感器网络节点的核心,和其他单元一起完成数据的采集、处理和收发。EM6603是4位微控制器,功耗很低,但处理能力也非常有限。Berkerly大学研制的Mica系列节点大多是采用Atmel公司的微控制器。其中,Mica2节点采用Atmel增强型微控制器 ATmega128L。该微控制器拥有丰富的片上资源,包括4个定时器、4 KB SRAM、128 KB Flash和4 KB EEPROM,拥有UART、SPI、I2C、JTAG接口,方便无线芯片和传感器的接入;有6种电源节能模式,方便低功耗设计。采用该处理器的另外一个优点是:编译器

    很多,其中GCC(WINAVR)是完全免费、开放的软件。由于以上优点和Mica2节点的影响,在实际的无线传感器设计中应用很多。但是从低功耗角度来讲,该芯片并不是最佳选择。

 

    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

 



    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。

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