基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 嶸，陳金剛

（1. 中國(guó)人民解放軍32021 部隊(duì)，北京 100094； 2. 北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所，北京 100094）

0 引言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的大規(guī)模、自組織動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，由傳感器節(jié)點(diǎn)集成電磁、機(jī)械、熱能、光學(xué)、聲音、化學(xué)等各類MEMS 傳感器，用于感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境信息，如溫度、壓力、聲音、振動(dòng)、光強(qiáng)度、磁場(chǎng)等物理信號(hào)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其部署簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域[1-5]。龍吟等[6]提出了應(yīng)用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的月表環(huán)境長(zhǎng)期無(wú)人監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)想，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用拓展到空間探測(cè)領(lǐng)域。

與傳統(tǒng)有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量受限問(wèn)題是制約其發(fā)展的最大因素。因此，許多研究人員針對(duì)具體應(yīng)用需求開(kāi)展了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗設(shè)計(jì)[7-12]，但大多是從無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件的低功耗設(shè)計(jì)出發(fā)，而沒(méi)有嘗試從節(jié)點(diǎn)休眠、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議等角度考慮進(jìn)行系統(tǒng)總體低功耗設(shè)計(jì)。

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)，利用磁場(chǎng)、振動(dòng)、聲音等信號(hào)變化對(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。同時(shí)，針對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用需求，從傳感器節(jié)點(diǎn)芯片選擇、節(jié)點(diǎn)休眠設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)等方面出發(fā)，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和低功耗優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的低功耗長(zhǎng)時(shí)間工作。

1 系統(tǒng)組成

基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、無(wú)線路由器、上位機(jī)及數(shù)據(jù)處理軟件組成，具體如圖1 所示。

圖 1 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)Fig. 1 Architecture of low-power target detection system based on wireless sensor network

傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部集成磁場(chǎng)、振動(dòng)、聲音、溫度等MEMS 傳感器，用以完成環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部通信模塊發(fā)送到網(wǎng)關(guān)繼而傳遞到上位機(jī)；上位機(jī)發(fā)送的指令亦通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳遞到傳感器節(jié)點(diǎn)。無(wú)線路由器主要是用來(lái)建立網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的小型局域網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與網(wǎng)關(guān)間的通信。上位機(jī)及數(shù)據(jù)處理軟件主要用于完成傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集與處理，同時(shí)向節(jié)點(diǎn)發(fā)送啟動(dòng)、配置、休眠、喚醒等控制指令。

2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件選型

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要完成信息采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)回傳功能，其硬件平臺(tái)在邏輯上可以分為傳感器模塊、處理器模塊、通信模塊、定位（GPS）模塊和電源模塊等。具體如圖2 所示。

圖 2 傳感器節(jié)點(diǎn)架構(gòu)Fig. 2 Architecture of the sensor node

2.1 傳感器模塊

傳感器模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)的核心，主要用于對(duì)目標(biāo)引起的振動(dòng)、磁場(chǎng)、聲音、溫度等環(huán)境信號(hào)變化進(jìn)行采集與處理。為了保證傳感器節(jié)點(diǎn)的隱蔽性和長(zhǎng)時(shí)間工作，須選用體積小、功耗低的MEMS 傳感器。傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部集成聲音、加速度、磁場(chǎng)和溫度等MEMS 傳感器。

聲音傳感器由駐極體傳聲器和信號(hào)放大芯片組成。駐極體傳聲器內(nèi)部存在一個(gè)由振膜、墊片和極板組成的電容器，可利用在聲壓強(qiáng)作用下振膜與極板之間的距離變化所引起的電容變化，實(shí)現(xiàn)從聲音信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)化。駐極體傳聲器的電信號(hào)放大使用MAX9814 集成放大芯片，這是一款低成本、高性能麥克風(fēng)放大器，具有自動(dòng)增益控制（AGC）和低噪聲麥克風(fēng)偏置，由低噪聲前端放大器、可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）、輸出放大器、麥克風(fēng)偏置電壓發(fā)生器和AGC 控制電路等組成。

基于功耗、尺寸的考慮，磁場(chǎng)、加速度、溫度傳感器采用的是意法半導(dǎo)體公司的LSM303C 器件。該器件集成了高性能三軸磁場(chǎng)傳感器、三軸加速度傳感器和溫度傳感器，可實(shí)現(xiàn)1 個(gè)芯片同時(shí)探測(cè)3 種信號(hào)。LSM303C 的磁傳感器是基于各向異性磁阻（AMR）技術(shù)的磁傳感器，與基于霍爾效應(yīng)原理的磁傳感器相比功耗低、精度高、線性度好，并且不需要溫度補(bǔ)償；其量程范圍為±50 Gs，靈敏度為1.5 mGs。LSM303C 的加速度傳感器是電容式加速度傳感器，通過(guò)電容器極板之間的距離變化引起的電容變化來(lái)檢測(cè)加速度，具有高分辨率、正常和低功耗3 種工作模式，提供±2g、±4g、±8g、±16g等不同的量程，在高分辨率模式、量程±2g的情況下，靈敏度可達(dá)0.98 mg。LSM303C 的溫度傳感器測(cè)量范圍為-40～80 ℃，靈敏度為1 ℃/□。

2.2 處理器模塊

處理器模塊主要完成3 部分工作：1）接收來(lái)自傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，按要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，并交由通信模塊發(fā)送；2）讀取通信模塊接收的數(shù)據(jù)和控制信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理操作和對(duì)硬件平臺(tái)其他模塊進(jìn)行控制；3）通信協(xié)議處理，完成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的MAC 和路由協(xié)議處理。

處理器模塊選用單片機(jī)作為控制器。有些單片機(jī)專門(mén)針對(duì)低功耗情況設(shè)計(jì)，小巧且功能強(qiáng)大，同時(shí)內(nèi)部具有休眠功能。綜合考慮這些處理器的處理能力、功耗和外設(shè)接口等參數(shù)，最終選用STM32 作為無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的處理器。意法半導(dǎo)體公司的STM32L431RCT6 芯片是一款基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的處理器，以72 MHz 頻率從閃存執(zhí)行代碼，僅消耗12 mA 電流，低功耗模式有7 種，最低功耗模式下消耗電流僅500 μA。該芯片具有256 kByte ROM，64 kByte RAM，最高運(yùn)行頻率達(dá)80 MHz，在該頻率下具有100 DMIPS 的性能。同時(shí)，該芯片可配置各種處理模擬和數(shù)字信號(hào)的外設(shè)，操作簡(jiǎn)便。

2.3 通信模塊

通信模塊是無(wú)線傳感器組網(wǎng)的必要條件，使得獨(dú)立的傳感器節(jié)點(diǎn)之間可以相互連接，并能借助多跳將數(shù)據(jù)傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)。通信模塊的選擇取決于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選擇，目前常用的低功耗無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要有ZigBee、LoRa、NBIOT、SigFox 等，表1 匯總對(duì)比了各協(xié)議的特點(diǎn)。

表 1 不同低功耗協(xié)議對(duì)比Table 1 Comparison of low power protocol

考慮到系統(tǒng)的自組網(wǎng)、高傳輸速率、寬工作頻段、支持網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等需求，通信模塊最終選擇支持ZigBee 協(xié)議的通信模塊。Digi XBee 是Digi公司開(kāi)發(fā)的ZigBee 模塊，其工作頻段為2.4 GHz、915 MHz、868 MHz，同時(shí)兼容802.15.4 協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)Mesh 組網(wǎng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)采用Mesh 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，由于Mesh 網(wǎng)絡(luò)是多跳網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)跳轉(zhuǎn)時(shí)需要很高的帶寬；同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)信號(hào)目標(biāo)特征的識(shí)別，傳感器采樣率應(yīng)不低于10 Hz，故將各個(gè)傳感器模塊最高采樣率設(shè)置為50 Hz。此外，數(shù)據(jù)量大，需選取傳輸速率高的射頻模塊，而Wi-Fi、藍(lán)牙、遙控等無(wú)線設(shè)備通常使用2.4 GHz 通信頻率，故選用2.4 GHz 的射頻模塊易受到干擾?；谝陨弦蛩鼐C合考慮，最終選用Digi XBee SX 900作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器通信模塊搭建Mesh 網(wǎng)絡(luò)，其工作頻率為915 MHz，最高傳輸速率為150 kbit/s。

2.4 定位模塊

傳感器節(jié)點(diǎn)獲得的環(huán)境信息只有與地理位置相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位。為了獲得各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的位置信息，為其配備定位模塊。定位模塊選取中科微電子公司的ATGM336H-5N 衛(wèi)星定位模塊。該系列模塊具有高靈敏度、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，定位精度可以達(dá)到2.5 m，首次定位時(shí)間32 s，工作電流小于25 mA。該模塊基于中科微第4 代低功耗GNSS SOC 單芯片AT6558，支持多種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括中國(guó)的BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）、美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALILEO。本設(shè)計(jì)基于具體應(yīng)用需求，最終選用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位。

2.5 電源模塊

供電單元是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量來(lái)源，決定了網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)間的長(zhǎng)短和系統(tǒng)運(yùn)行成本。本設(shè)計(jì)中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)為單節(jié)鋰電池供電，電池單體電壓3.7 V（滿電電壓4.2 V）、容量4 A·h，可以滿足系統(tǒng)1 次充電至少工作30 天的要求。節(jié)點(diǎn)使用5 V USB 進(jìn)行充電，充電電路選用鋰離子電池充電管理芯片LTC4054。LTC4054 是單節(jié)鋰離子電池用恒定電流/恒定電壓線性充電器，內(nèi)部采用MOSFET架構(gòu)，無(wú)須外部檢測(cè)電阻和隔離二極管。LTC4054的熱反饋設(shè)計(jì)可對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下限制芯片溫度。

3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)之間通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接，不能直接通信。網(wǎng)關(guān)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)的連接橋梁，其內(nèi)部集成微處理器、Digi Xbee 芯片與Wi-Fi芯片。網(wǎng)關(guān)通過(guò)Digi Xbee 芯片與傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，接收到各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后，微處理器采用串口轉(zhuǎn)Wi-Fi 模塊（USR-C322）與Wi-Fi 芯片連接通信，同時(shí)上位機(jī)也與該Wi-Fi 芯片連接通信，最終經(jīng)相關(guān)配置后可將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)架構(gòu)如圖3 所示。

圖 3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)架構(gòu)Fig. 3 Architecture of the gateway node

4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗主要包括：傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集與處理的功耗；數(shù)據(jù)通信的功耗。而數(shù)據(jù)通信所需的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)采集與處理所需要的，合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議可以大大降低數(shù)據(jù)通信的功耗，有效延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的壽命。

4.1 節(jié)點(diǎn)休眠設(shè)計(jì)

在對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)時(shí)一般要布設(shè)大量的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)如始終處于工作狀態(tài)在設(shè)計(jì)上是不經(jīng)濟(jì)的，因此可以考慮在不明顯降低網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的情況下讓一部分節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，安排節(jié)點(diǎn)輪流工作，以降低無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)間。即無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)在實(shí)際使用中不會(huì)持續(xù)工作，只有當(dāng)特定事件發(fā)生引起探測(cè)的物理量超過(guò)某一閾值后，傳感器節(jié)點(diǎn)才會(huì)被觸發(fā)喚醒，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點(diǎn)休眠狀態(tài)下的功耗極低，可最大程度節(jié)省能量。

4.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，系統(tǒng)采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)采用的Digi Xbee 通信模塊支持ZigBee 協(xié)議和其自有協(xié)議DigiMesh。如圖4 所示，這2 種協(xié)議都支持網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但有所區(qū)別：ZigBee 協(xié)議的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種分簇網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)被分為終端節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)，終端節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，功耗低，且可以進(jìn)入休眠狀態(tài)；路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)維護(hù)路由和數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，功耗高，且不能進(jìn)入休眠狀態(tài)，因此路由節(jié)點(diǎn)會(huì)成為整個(gè)ZigBee 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)壽命的瓶頸。DigiMesh協(xié)議中的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種對(duì)等式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所有的節(jié)點(diǎn)都既可以是終端節(jié)點(diǎn)也可以是路由節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由功能，且允許休眠。與ZigBee 協(xié)議須時(shí)刻維護(hù)路由表不同，DigiMesh 協(xié)議的路由只在需要時(shí)建立，因此，整個(gè)DigiMesh 協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的功耗更加均衡，從而可進(jìn)一步延長(zhǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。

圖 4 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的2 種協(xié)議Fig. 4 Two kinds of protocol of mesh network

4.3 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

Digi Xbee 模塊單個(gè)報(bào)文最大長(zhǎng)度為256 個(gè)字節(jié)，而傳感器單次采樣的磁場(chǎng)、聲音、加速度、溫度數(shù)據(jù)總共只占16 個(gè)字節(jié)，如果每個(gè)采樣周期都進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，會(huì)造成報(bào)文空間的浪費(fèi)，也會(huì)增加數(shù)據(jù)的發(fā)送頻次；在數(shù)據(jù)高采樣頻率情況下，單次發(fā)送會(huì)造成無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路擁堵、數(shù)據(jù)丟失甚至模塊死機(jī)，因此在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)將多次采樣數(shù)據(jù)按最大打包字節(jié)長(zhǎng)度進(jìn)行打包后一次性傳輸，以降低數(shù)據(jù)發(fā)送頻率和頻次。為確保通信高效、可靠，本文設(shè)計(jì)了一套專用的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸幀格式（見(jiàn)表2），通過(guò)幀標(biāo)識(shí)確定該幀類型，上位機(jī)軟件通過(guò)該協(xié)議與網(wǎng)關(guān)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控與配置。

表 2 數(shù)據(jù)傳輸幀格式說(shuō)明Table 2 Frame format for data transmission

5 數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的管理和數(shù)據(jù)處理，采用PyQt界面，基于Python 語(yǔ)言設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)處理軟件。PyQt 是跨平臺(tái)GUI 框架QT 的Python 綁定，可實(shí)現(xiàn)基于Python 的跨平臺(tái)桌面程序開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)處理軟件架構(gòu)如圖5 所示，主要功能模塊包括UDP 通信管理模塊、節(jié)點(diǎn)管理模塊、數(shù)據(jù)I/O 模塊和數(shù)據(jù)顯示（含地圖和曲線2 種模式）模塊。數(shù)據(jù)通信采用Python 的低級(jí)別網(wǎng)絡(luò)編程模塊Socket 和高級(jí)別網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊Socket server；獲取的UDP 消息由數(shù)據(jù)I/O 模塊解析成相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后以不同模式顯示。地圖和實(shí)時(shí)曲線的顯示分別基于Cartopy 和PyQtGraph，其中，Cartopy 是進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)處理的Python 工具包，用于生成地圖和其他地理空間數(shù)據(jù)分析；PyQtGraph 是Python 內(nèi)置的圖形GUI庫(kù)，可充分利用PyQt 和PySide 的高質(zhì)量圖形表現(xiàn)水平和Numpy 的快速科學(xué)計(jì)算與處理能力。

圖 5 數(shù)據(jù)處理軟件架構(gòu)Fig. 5 Architecture of the data processing software

6 功耗測(cè)試與分析

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖6所示。

圖 6 傳感器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)實(shí)物Fig. 6 Pictures of real sensor node and gateway node

傳感器節(jié)點(diǎn)采用3.7 V/4 A·h 的鋰電池供電，DC/DC 平均轉(zhuǎn)換率75%，各模塊的工作電流如表3所示。其中通信模塊有低功耗和正常2 種工作模式：低功耗模式下的節(jié)點(diǎn)通信模式為定時(shí)休眠，采樣周期為5 s，在1 個(gè)周期中傳感器模塊持續(xù)采集數(shù)據(jù)，前4 s 通信模塊和處理器模塊休眠，后1 s 喚醒處理器和通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；正常模式下的節(jié)點(diǎn)通信模式為持續(xù)工作。

表 3 不同模塊的電流消耗Table 3 Power dissipation of modules單位：mA

利用5 個(gè)節(jié)點(diǎn)與1 個(gè)網(wǎng)關(guān)組成驗(yàn)證系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)不同采樣頻率下的功耗測(cè)試，結(jié)果如表4 所示。由測(cè)試結(jié)果可以看出，低功耗模式相比正常模式具有較好的功率消耗改進(jìn)?；趹?yīng)用需求，傳感器節(jié)點(diǎn)采樣頻率一般選擇在10 Hz，在低功耗模式下可實(shí)現(xiàn)單次充電連續(xù)工作33 天。

表 4 不同工作模式下工作時(shí)長(zhǎng)Table 4 Working time of different operating modes

7 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低功耗目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量受限問(wèn)題，從傳感器節(jié)點(diǎn)硬件選型、節(jié)點(diǎn)休眠設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了低功耗設(shè)計(jì)優(yōu)化，使系統(tǒng)具有部署簡(jiǎn)單、配置靈活、可靠性高的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)在低功耗模式下具有良好的連續(xù)工作特性，可用于重要設(shè)施防護(hù)、周界安防以及軍事偵察等領(lǐng)域。