一種低功耗的無(wú)線(xiàn)瓦斯傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

3 節(jié)點(diǎn)能耗估計(jì)
在所設(shè)計(jì)的電路中，消耗能量的部分是穩(wěn)壓電路、CC2430芯片和MIPEX傳感器。CC2430芯片在一個(gè)工作／休眠周期(10 min)內(nèi)，至少有8分30秒處于PM2低功耗狀態(tài)，本文設(shè)定的是PM2低功耗狀態(tài)，在此期間電流為0．9μA。有70 s的時(shí)間處于PM1低功耗狀態(tài)，其余20 s處于PM0狀態(tài)。MIPEX傳感器正常工作時(shí)，其電流為1 mA。
一般電池的能量采用mAh的方法進(jìn)行表示，為了便于估計(jì)所設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)電路工作壽命，這里也采用mAh的方法來(lái)表示能量。根據(jù)上面的分析，可以計(jì)算出在一個(gè)工作／休眠周期內(nèi)，節(jié)點(diǎn)電路所消耗的能量。CC2430在一個(gè)周期的能耗約為：
Q1=0．9μA×510 s+0．2 mA×70 s+25 mA×20 s=514．459 mAs
MIPEX傳感器在一個(gè)周期內(nèi)的能耗約為：
Q2=1 mA×90 s=90 mAs
文中所設(shè)計(jì)的電路采用3節(jié)1．5 V電池供電，即輸入為4．5 V，輸出為3．3 V。MH5333穩(wěn)壓器的效率與其壓差有關(guān)，線(xiàn)性穩(wěn)壓器件(LDO)的效率一般在85％～90％之問(wèn)，且隨著壓差的減小，其效率會(huì)有所增加。這里假設(shè)其轉(zhuǎn)換效率為85％，則整個(gè)節(jié)點(diǎn)電路在一個(gè)周期(10 min)內(nèi)的能耗可以表示為：

一節(jié)普通5號(hào)電池的能量在600～700mAh，由此可以估算出所設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)電路在3節(jié)電池供電情況下的工作時(shí)間為：

由此可見(jiàn)，本文所設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)瓦斯傳感器節(jié)點(diǎn)具有很低的能量消耗，3節(jié)普通5號(hào)電池供電的情況下，工作時(shí)間可達(dá)3 797天即10年之多。文中設(shè)定丁作／休眠周期可適當(dāng)縮短，以提高監(jiān)測(cè)情況的實(shí)時(shí)性。如果設(shè)置周期為5 min，那么工作時(shí)間也有5年左右。
傳統(tǒng)的低功耗瓦斯傳感元件功耗都在百mW以上，且有至少10 s的響應(yīng)時(shí)間，所以?xún)H傳感元件本身的能耗就非常大。如果再加上信號(hào)放大電路、無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路的能耗，仍沒(méi)定工作／休眠周期為10 min，那么普通3節(jié)1．5 V電池儀能維持一個(gè)月左右。因此與傳統(tǒng)瓦斯傳感元件相比，MIPEX傳感元件的低功耗性能表現(xiàn)非常優(yōu)越。這也為低功耗無(wú)線(xiàn)瓦斯傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)用化提供了一條行之有效的途徑。

結(jié)語(yǔ)
本文采用低功耗紅外瓦斯傳感器MIPEX和CC2430設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)瓦斯傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠維持足夠長(zhǎng)的工作時(shí)間，是采用傳統(tǒng)低功耗瓦斯傳感元件所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的，這對(duì)于推進(jìn)無(wú)線(xiàn)瓦斯傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步走向?qū)嵱没哂兄匾饬x。不過(guò)論文所設(shè)計(jì)的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)瓦斯?jié)舛软憫?yīng)的實(shí)時(shí)性有待進(jìn)一步提高。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，能夠向CC2430發(fā)出中斷觸發(fā)信號(hào)，將其從休眠中喚醒。不過(guò)，需要增加硬件電路，才能實(shí)現(xiàn)該功能。傳感器節(jié)點(diǎn)也可以根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊母叩图白兓俾剩畞?lái)確定其工作／休眠周期。如果瓦斯?jié)舛鹊?，且變化速率不大，則可以設(shè)置較長(zhǎng)的工作／休眠周期；如果瓦斯?jié)舛茸兓^大，則設(shè)置較短的工作／休眠周期；如果瓦斯?jié)舛瘸?，則應(yīng)處于實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。