基于MSP430的無(wú)線(xiàn)傳感器低功耗設計

Tth,k代表傳感器節點(diǎn)的門(mén)限時(shí)間。在節點(diǎn)的非完全關(guān)閉狀態(tài)，事件到達，系統可以自動(dòng)轉入激活的工作狀態(tài)，對于完全關(guān)閉的狀態(tài)S4，由于節點(diǎn)的大部分元件都處于關(guān)閉狀態(tài)，節點(diǎn)無(wú)法檢測到事件和收到信息，所以一些事件將會(huì )丟失，根據剩余能量，得出S4的門(mén)限時(shí)間為：

式中：Vstd代表標準工作電壓，Vpre代表當前電壓。

　　3 DPM算法

　　文獻中提出了基于概率判別無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )動(dòng)態(tài)功率管理。此方法對于是否進(jìn)入完全關(guān)閉的狀態(tài)S4，給出一個(gè)概率值，利用概率判別來(lái)進(jìn)行有效的功率狀態(tài)轉換，如果概率值偏大，則進(jìn)入完全休眠狀態(tài)的機率增大，能量消耗減少，但事件丟失的可能性增加；否則，使用能量增多，事件丟失的可能性減小。文獻提出了一種利用小波和卡爾曼濾波和自回歸分析聯(lián)合預測下一事件發(fā)生的時(shí)間來(lái)決定進(jìn)入何種功率狀態(tài)的方法。該方法根據歷史事件的到達時(shí)間來(lái)預測下一事件的發(fā)生的時(shí)間。在森林火警監視、洪水監測等特殊事件發(fā)生概率很小。歷史數據無(wú)法獲得的應用領(lǐng)域。文獻提出了一種利用小波和自回歸的動(dòng)態(tài)功率管理方法。該方法利用收發(fā)器 (Sink)節點(diǎn)上的歷史數據流預測未來(lái)的值，在后續周期內，若傳感器節點(diǎn)的觀(guān)測值不超過(guò)給定閾值則不向Sink節點(diǎn)發(fā)送數據，Sink節點(diǎn)將預測值作為觀(guān)測結果，通過(guò)減少傳感器節點(diǎn)工作時(shí)間，降低網(wǎng)絡(luò )數據傳輸量來(lái)減少傳感器網(wǎng)絡(luò )的總體能量消耗。由于無(wú)線(xiàn)通信占整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能耗的主要部分，所以在不影響系統性能的前提下，有效地對無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統進(jìn)行管理可以高效地降低系統能耗?；旌献詣?dòng)控制(Hybrid Automata)是根據傳感器檢測信息的變化情況來(lái)控制傳感器節點(diǎn)收發(fā)的頻率，通過(guò)增加休眠時(shí)間、降低收發(fā)次數對無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率管理，從而降低系統功耗。

　　4 混合自動(dòng)控制

　　4．1 混合自動(dòng)控制原理

　　在混合自動(dòng)控制條件下，系統分為幾個(gè)離散的狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)都有一定的保持條件、相應的控制變量、初始值和向其他狀態(tài)轉換的臨界值。當環(huán)境變量改變或保持不變時(shí)，通過(guò)對形勢加以分析(反饋)來(lái)執行在不同狀態(tài)模式之間的轉換。圖3為混合自動(dòng)控制示意圖。

　　假如系統存在兩種狀態(tài)l1和l2，一個(gè)動(dòng)態(tài)變量x，系統開(kāi)始的狀態(tài)為l1，x的初始值為20，在狀態(tài)l1下，變量x隨著(zhù)等式不斷增大，當x的值等于30時(shí)，就達到了臨界條件，時(shí)，迅速地進(jìn)入狀態(tài)l2。在狀態(tài)l2，x隨等式x=x-0．5遞減，臨界條件是 x="25"，當x25發(fā)生狀態(tài)轉換進(jìn)入狀態(tài)l1。在實(shí)際運用中，此示意圖可以理解為傾斜角度控制在25°～31°之間。

　　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?；舅悸罚簾o(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。