基于MSP430的無(wú)線(xiàn)傳感器低功耗設計

　　4．2 混合自動(dòng)控制算法在無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)上的實(shí)現

　　由于對運動(dòng)中物體的傾角測量在交通、航天、軍事等領(lǐng)域有著(zhù)重要的意義，這里采用加速度傳感器對傾斜角進(jìn)行測量，介紹混合自動(dòng)控制算法的應用?；舅悸罚?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/無(wú)線(xiàn)">無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)根據環(huán)境變量的連續性變化，對傳感器執行離散的處理應用，當環(huán)境參數改變(增加或減小)時(shí)，傳感器的狀態(tài)變量相應改變，當改變到臨界點(diǎn)時(shí)，系統狀態(tài)轉換為另一功率狀態(tài)。首先對系統作如下要求：變量x表示所測量的傾斜角度值，最高為30°，最低為8°，它代表環(huán)境參數的改變，是各狀態(tài)之間轉換的主要因素；變量z為計時(shí)器，用于狀態(tài)的計時(shí)。為了簡(jiǎn)化控制過(guò)程，把系統分為三個(gè)狀態(tài)，l1為睡眠狀態(tài)，此時(shí)傳感器模塊和無(wú)線(xiàn)收發(fā)器都處于不活動(dòng)狀態(tài)，控制系統保持l1狀態(tài)為60 s。其不等式條件為z≤ 60，當z>60時(shí)，轉入狀態(tài)l2。狀態(tài)l2和l3表示不同的采集和無(wú)線(xiàn)傳輸頻率的活動(dòng)狀態(tài)，狀態(tài)l2下的采集和無(wú)線(xiàn)傳輸頻率低于l3，此時(shí)每間隔 10 s發(fā)送一次采集的傾斜角度數據，在發(fā)送完之后，無(wú)線(xiàn)收發(fā)器和傳感器進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)等待下一個(gè)周期的到來(lái)。運行過(guò)程中，當傾斜角的變化在O．5°～5°之間 (O．5≤|x-xold|≤5)且傾斜角度不超過(guò)30°(x≤30°)時(shí)，系統運行在狀態(tài)l2；當傾斜角度變化大于5°(|x-xold|>5) 或x>30°時(shí)，系統進(jìn)入狀態(tài)l3運行；當傾斜角度變化小于0．5°(|x-xold|0．5)且x≤30°時(shí)，節點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)l1。狀態(tài)轉換圖如圖4所示。

　　在狀態(tài)l3下。節點(diǎn)各部分都處于活動(dòng)狀態(tài)，每間隔1 s發(fā)送一次數據，用于傾斜角度變化過(guò)快或角度達到了高危值。節點(diǎn)開(kāi)始于狀態(tài)l2，一般情況下，當傾斜角不發(fā)生變化或變化值低于O．5°，系統在狀態(tài)l1和 l2之間轉換，即數據在每間隔60 s發(fā)送一次，間隔期內，節點(diǎn)處于睡眠模式，以節省能耗。如果變化值超過(guò)O．5°，系統進(jìn)入狀態(tài)l2，否則，當變化值超過(guò)5°，就進(jìn)入狀態(tài)l3。使用該算法，在傾斜角變化正常的情況下，設無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)直接和sink節點(diǎn)通信，則節點(diǎn)大部分的時(shí)間處于狀態(tài)l1。

圖5為混合自動(dòng)控制算法在MSP430和nRF905無(wú)線(xiàn)加速度傳感器系統中實(shí)現的簡(jiǎn)化流程圖。

　　5 結語(yǔ)

　　由于傳感器節點(diǎn)各部分存在著(zhù)多種工作模式并且能量消耗差異較大，所以通過(guò)動(dòng)態(tài)功率管理方法可以在系統級有效地降低節點(diǎn)的功耗，這里在介紹無(wú)線(xiàn)傳感器動(dòng)態(tài)功率管理基本原理的基礎上，對幾種典型的動(dòng)態(tài)功率管理方法進(jìn)行了分析研究，發(fā)現在環(huán)境參數(如加速度、溫度等)變化穩定的情況下，通過(guò)混合自動(dòng)控制算法對環(huán)境變量的變化值范圍劃分來(lái)設定系統的工作狀態(tài)，控制無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的收發(fā)頻率，能增加節點(diǎn)的休眠時(shí)間，減少收發(fā)次數，從而有效地降低系統功耗，最后通過(guò) MSP430、nRF905無(wú)線(xiàn)加速度傳感器系統，介紹了混合自動(dòng)控制算法的應用。