基于MSP430的无线传感器节点动态功率管理研究

       0 引言

　　无线传感器网络是由多个带有传感器、数据处理单元和通信模块的节点组织而成的网络，因为在军事、工业、医疗、农业等领域的巨大应用前景而成为近年来的研究热点。由于无线传感器节点通常工作在人们难以触及的环境中，并且节点能量有限，难以补充，所以降低功耗、延长使用寿命成为无线传感器网络设计的核心问题。因此，传感器网络的体系结构、通信协议、算法、电路和感知都必须满足能量有效性。就降低单个无线传感器节点功耗而言，除在硬件设计时采用低功耗元件外，动态功率管理(Dynamic Power Management，DPM)和动态电压调节(Dynamic Voltage Supply，DVS)都能有效地降低系统功耗。DPM的基本原理是传感器节点内部各个设备根据需求在不同工作状态下进行转换，减少节点不必要的开支，DPM能尽可能使系统各部分运行在节能模式下，从而降低系统功耗。本文从低功耗设计的角度出发，介绍了无线传感器节点系统组成，分析了DPM原理及其算法，研究了混合自动控制并对其进行改进，最后通过在MSP430和nRF905无线加速度传感器系统中介绍了改进的混合自动控制算法的应用。

　　1 系统组成及低功耗设计

　　系统组成如图1所示，数据处理单元采用TI公司MSP430系列单片机，无线收发模块采用Nordic公司的nRF905。目前国内外出现了许多典型的无线传感器网络硬件平台，其中MSP430系列单片机以其卓越的性能和超低功耗特性，在电池供电的无线传感器节点设计中具有独特的优势。其低功耗特性有：CPU和外围模块可以在不同时钟下运行，外围模块在不使用时可以关闭以节省能耗；处理器的功耗与工作频率成比例，工作在低频方式下将大大降低处理器的功耗；CPU功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制：正常运行时电流为160μA，备用时仅为O．1-μA，功耗极低，为设计低功耗系统提供了有利的条件。nRF905无线收发芯片具有功耗低、控制简单、可自动处理字头和CRC校验的优点，MSP-430通过SPI接口及相关指令访问nRF905的内部寄存器。SCA3000-D1是VTI公司的全数字化低功耗三轴加速度传感器，量程±2g，电源电压3．3 V，64组缓冲存储器记录数据，在系统一级上面，有先进的性能和有效节能方式，频响可选，SPI数字串口通信，抗冲击力强，可以运用于许多恶劣的条件下，但是其没有低功耗模式，通过对其电源模块的关断管理进行节能处理。根据传感器测得的倾斜角的连续变化，对系统进行合适的 *** 作，当传感器数据变化到临界点时，使nRF905，MSP430进入不同的功耗模式，通过MSP430控制SCA3000的数据采集，从而有效地降低功耗。整个系统具有电路简单、功耗低、 *** 作灵活、稳定性高、抗干扰能力强等特点。