無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點低功耗系統(tǒng)設(shè)計

(3)實驗結(jié)果分析
①LCD模塊中主要包括控制芯片和LCM(顯示器)。理論值中，LCD(S6B0741)的電流理論值并不包括LCM(顯示器)所消耗的電流。當LCD開啟，ATmega324p在Idle模式和正常工作模式時，理論值和實際測量值之間都大約相差3 mA?？梢缘贸觯? mA的電流就是LCM(顯示器)大約消耗的電流。
②實際測量的電流值比理論值要大，這樣的能耗差異主要是消耗在便攜式控制器模塊中外圍電路上。外圍電路中各個電子元器件的理論消耗電流值很難查到，在計算的時候沒有加入。
③雖然測量的方法很簡單，測量的只是系統(tǒng)電流的靜態(tài)值，但是這個測量的電流值可以大體上反映出系統(tǒng)在不同的工作狀態(tài)下的功耗趨勢，對系統(tǒng)的低功耗研究有一定的意義和應(yīng)用價值。
④在各種工作模式下的實際測試結(jié)果對比中可以看出，最小系統(tǒng)的最小能耗和最大能耗之間相差大約10 mA。所以，在低功耗設(shè)計中，不同功能要求下不同工作模式的轉(zhuǎn)換是非常有意義的。
⑤LCD模塊的背光打開和背光關(guān)閉消耗的電流差值在6 mA左右，可見LCD的背光在系統(tǒng)中是耗能很大的器件。所以，從節(jié)約能耗的角度考慮，一般正常情況下不開啟LCD背光。
2．2 便攜式控制器低功耗測試實驗
為了驗證便攜式控制器的耗電性能，在采取了上述軟硬件低功耗措施后，對便攜式模塊的功耗性能做了下述實驗。驗證結(jié)果表明，所設(shè)計的模塊在功耗方面基本滿足了系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
(1)實驗內(nèi)容
①用ATmega324．p的定時器2進行定時收發(fā)，每隔2．5小時發(fā)送接收1次數(shù)據(jù)，1天發(fā)送9次數(shù)據(jù)。
②在沒有發(fā)送接收任務(wù)的時段，ATmega324p處于低功耗的睡眠狀態(tài)Power-save，關(guān)閉LCD模塊，IA4421工作在睡眠模式。從上面的小系統(tǒng)功耗實驗中看出，這樣的工作狀態(tài)下整個便攜式模塊的耗能最低。測試的軟件流程如圖2所示。

③IA4421的無線通信參數(shù)為：工作頻段433 MHz，數(shù)據(jù)傳輸率9．6 kbps，相對發(fā)射功率0 dBm，接收靈敏度-109 dBm。這樣的參數(shù)選擇，在滿足系統(tǒng)收發(fā)功能正常的情況下，盡量地使用低頻段、低傳輸率，為了滿足較遠距離傳輸并盡量地降低發(fā)送接收的功耗。
④用3節(jié)7號的南孚堿性高能電池供電，測試開始時電池電壓為4．86 V。
(2)實驗結(jié)果與意義
測試系統(tǒng)是針對便攜式控制器與主機之間的點對點通信設(shè)計的。實驗結(jié)果如表4所列。

每2．5小時進行1次通信，這個通信頻率對用戶使用本系統(tǒng)的頻率進行了較好的模擬。實驗結(jié)果可以看出，電池的壽命大概在5個半月，并且是在每天通信10次的基礎(chǔ)上測試得到的結(jié)果。這個電池壽命的指標基本達到了系統(tǒng)設(shè)計的要求，也證明了上述的軟硬件措施是得當有效的。

3 結(jié) 論
本文詳細分析了低功耗的軟硬件設(shè)計方法，在不同工作任務(wù)下選取不同的工作模式對降低功耗具有重要的意義。在使用了得當?shù)能浻布胧┖?，所設(shè)計的便攜式控制器模塊的電池壽命達到了半年左右，滿足了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用需要。文中的低功耗設(shè)計方法和思想對實際產(chǎn)品的開發(fā)具有一定的參考價值。