無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)低功耗系統設計

(3)實(shí)驗結果分析
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(kāi)啟，ATmega324p在Idle模式和正常工作模式時(shí)，理論值和實(shí)際測量值之間都大約相差3 mA?？梢缘贸?，3 mA的電流就是LCM(顯示器)大約消耗的電流。
②實(shí)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(gè)電子元器件的理論消耗電流值很難查到，在計算的時(shí)候沒(méi)有加入。
③雖然測量的方法很簡(jiǎn)單，測量的只是系統電流的靜態(tài)值，但是這個(gè)測量的電流值可以大體上反映出系統在不同的工作狀態(tài)下的功耗趨勢，對系統的低功耗研究有一定的意義和應用價(jià)值。
④在各種工作模式下的實(shí)際測試結果對比中可以看出，最小系統的最小能耗和最大能耗之間相差大約10 mA。所以，在低功耗設計中，不同功能要求下不同工作模式的轉換是非常有意義的。
⑤LCD模塊的背光打開(kāi)和背光關(guān)閉消耗的電流差值在6 mA左右，可見(jiàn)LCD的背光在系統中是耗能很大的器件。所以，從節約能耗的角度考慮，一般正常情況下不開(kāi)啟LCD背光。
2．2 便攜式控制器低功耗測試實(shí)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(shí)驗。驗證結果表明，所設計的模塊在功耗方面基本滿(mǎn)足了系統的應用要求。
(1)實(shí)驗內容
①用ATmega324．p的定時(shí)器2進(jìn)行定時(shí)收發(fā)，每隔2．5小時(shí)發(fā)送接收1次數據，1天發(fā)送9次數據。
②在沒(méi)有發(fā)送接收任務(wù)的時(shí)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。從上面的小系統功耗實(shí)驗中看出，這樣的工作狀態(tài)下整個(gè)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(wú)線(xiàn)通信參數為：工作頻段433 MHz，數據傳輸率9．6 kbps，相對發(fā)射功率0 dBm，接收靈敏度-109 dBm。這樣的參數選擇，在滿(mǎn)足系統收發(fā)功能正常的情況下，盡量地使用低頻段、低傳輸率，為了滿(mǎn)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7號的南孚堿性高能電池供電，測試開(kāi)始時(shí)電池電壓為4．86 V。
(2)實(shí)驗結果與意義
測試系統是針對便攜式控制器與主機之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信設計的。實(shí)驗結果如表4所列。

每2．5小時(shí)進(jìn)行1次通信，這個(gè)通信頻率對用戶(hù)使用本系統的頻率進(jìn)行了較好的模擬。實(shí)驗結果可以看出，電池的壽命大概在5個(gè)半月，并且是在每天通信10次的基礎上測試得到的結果。這個(gè)電池壽命的指標基本達到了系統設計的要求，也證明了上述的軟硬件措施是得當有效的。

3 結 論
本文詳細分析了低功耗的軟硬件設計方法，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。在使用了得當的軟硬件措施后，所設計的便攜式控制器模塊的電池壽命達到了半年左右，滿(mǎn)足了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統的應用需要。文中的低功耗設計方法和思想對實(shí)際產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。