1、低功耗無線傳感器網絡的工作原理及技術實現途徑低功耗無線傳感器網絡的工作原理及技術實現途徑下圖是市場上的一款型號XL61無線溫度傳感器無線溫度傳感器，它可以在7200mAh的內置電池1秒的采樣間隔的情況下，電池連續使用1年以上。如果5秒采樣一次，電池使用壽命就有5年以上了，而且距離是空曠1000米。我覺得在很多文章里面理論的東西太多，實際上在產品開發供應的時候，由于受很多硬件條件的限制，怎么樣在這個限制下將產品做好是不完全一樣的。當提到無線傳感器及網絡技術的時候，大家習慣于講ZIGBEEZWAVE等等,其實我們國內已經有很多團隊在開發自己的無線傳感器及網絡協議，有些協議已經做的很優秀，實用性也比

2、較強。一、超低功耗如何實現一、超低功耗如何實現我們知道原來的傳感器都是模擬電路，這個測量都是連續而且高功耗的，隨著數字電路的興起，我們所有的采樣都已經是離散型，但是為了盡可能的保留被測參數的原始特性，我們的采樣速率都很高，從最少的每秒幾十次到幾十兆次。但我們知道，在實際應用中很多參數我們只需要每秒采樣一次甚至每分鐘采樣一次就可以，只要這個采樣是精確可靠的。那么我們的低功耗的實現方法就出現了，我們可以只使用1%不到的時間來工作，其它的時間都讓整個系統包括采樣電路處于超低功耗的待機狀態，對無線的部分的控制也是這樣的，即無線部分的工作時間也是嚴格控制不要超過1%，這樣整個系統的功耗就可以呈現數量級的

3、降低。二、采樣傳感器的選擇二、采樣傳感器的選擇 下圖顯示的是無線壓力傳感器的圖片，傳感器是擴散硅為主。我們知道壓力變送器的傳感器種類也很多，常見的有擴散硅和電容式的，但是我們在開發的時候發現，電容式的要做成低功耗相對困難一些，這個要實現采樣的低功耗，其實從兩個方面來做工作，一個是降低采樣電路的的工作電流，一個是減少采樣的穩定工作時間，很多時候穩定工作時間比電路的功耗更重要，因為每次采樣前采樣電路才開啟，采樣完成后采樣電路是關閉狀態。所以傳感器和采樣電路能夠快速采樣并且快速穩定是工作的重點。再比如我們常見的環境量如二氧化碳含量的檢測，因為傳感器的穩定時間太長，所以做成低功耗將變得非常困難，這也是

4、一個傳感器發展的方向，快速同時低功耗。三、采樣方式的處理三、采樣方式的處理在傳感器的數據采樣中經常會有一些干擾，所以除了要傳感器以及采樣電路的低功耗，數據采樣后的后期處理也變的非常重要，比如由于追求數據高速采樣，但有時候有一定的比例傳感器采樣的數據是不穩定時候的數據，這里就需要有個判斷，即本事采樣的數據是否是穩定的數據，發現一些異常的話就需要及時重新采樣，以確保采樣值的準確穩定。四、無線網絡的協調和處理四、無線網絡的協調和處理 無線傳感器功耗最難的地方不是采樣的低功耗，更不是待機的低功耗，所以我們碰到好多產品說待機功耗如何如何低，但是卻回避了低功耗的重點，重點是無線系統的協調，因為如果無線協調

5、時間比較長的話，功耗是非常大的。例如我們知道無線部分開啟的話，即便不發送數據，電流值是不會低于20mA的，發射功耗一般不會低于50mA，如果這一塊處理不好，功耗不可能低，這也是為什么我們很多設備號稱功耗很低，用的是zigbee的協議，最后效果很差的原因。我們可以想一下，如果每次數據發送需要100mS時間，也就是十分之一秒，好象時間蠻短的吧，但算一下功耗，一秒一次發送平均功耗就到了5-10mA，2000mA的高容量鋰電池，也抗不了10天電量就耗光了。但是，無線使用的時間也不是想減少就能減少的，因為要防止傳感器之間相互沖突，需要做協調，這就需要有一個高效的底層協調協議來實現。大家的教科書里面講了各

6、種的同步算法，這里就不累述了，這些算法可以綜合運用，但也不能拘泥于這些算法，不然就談不上創新了，大家要有這個意識。順便說一下zigbee這個協議的出現有其突出的歷史地位，沒有人能夠否認，作為教學的一部分也無可厚非，但是這個標準并不完善，而且實用性不夠，這也逼迫我們開發自有的無線傳感協議。五、工業無線傳感器的痛苦道路五、工業無線傳感器的痛苦道路在工業無線傳感器領域，有個公司不得不提，那就是深圳市信立科技有限公司，著名的信號無線傳輸產品，及無線數據采集系統整體解決方案的供應商,主要產品有智能網關、智能測控裝置、智能轉換器、智能環境監測裝置、智能壓力傳感器、智能溫度傳感器、智能氣體傳感器、智能溫濕度

7、傳感器，組態軟件、觸摸屏等等。無線傳輸方式支持Wi-Fi、GPRS、2.4GHz、433MHz，可組成網狀網絡和星型網絡。智能網關支持MQTT、SOAP協議（webservice）物聯網協議；MODBUSRTU、MODBUSTCP協議；XL/6N-RF-UDP、XL/6N-G2-UDP信立物聯網協議；XL/9G-E-WD、XL/9G-E-RDS信立協議，直接和SQLSever、MYSQL等數據庫交換數據，或通過Redis存儲方式發布數據；支持電力DL/T645-1997、DL/T-645-2007、IEC60870-5-101、102、103、104等等協議；與支持FF，HART等協議的智能設

8、備交換數據；并提供用戶自定義協議。涉及到衛星通信技術的人都知道，使用一些特殊的編碼，比如前向糾錯編碼，能在功率相同的情況下，大大提高通信的有效距離，這個在無線傳感器網絡的發展和應用上必將起到不可忽視的作用，因為，更低的功耗，更遠的無中繼通信距離，永遠是無線傳感網絡發展的核心問題，徹底的解決了這個問題，無線傳感網絡的大規模推廣才能成為可能。六、無線傳感器的網絡組織核心六、無線傳感器的網絡組織核心在zigbee的網絡中，有終端節點、路由節點和中心協調器三個設備組成，但是我們在做自有的SWSN協議的時候，力圖使這個過程變得簡單，同時是分布式的，所以我們將中繼、路由和協調功能集成到了我們自有的路由器中

9、，實現了5跳的網絡布局，在我們看來，大部分情況下3跳網絡就是可以滿足要求的，跳數越多，意味著越多的網絡延時和越低的數據傳輸可靠性，這個不以人的意愿為轉移的。七、低功耗的綜合處理七、低功耗的綜合處理 在無線傳感器中，有很多廠商采用自己的低功耗采樣電路+獨立的無線傳輸模塊來做，所以功耗并不能真正降低下來。只有從低層做自己的協議，將采樣、無線協調綜合調控起來，才能達到超低功耗，這個事情省不了。按照我們的協議處理方式，在無線傳感器的所有功耗中，待機功耗占用最少，不到10%，采樣功耗大概占用10-20%,無線部分的功耗占總功耗的70%左右，這也就意味著，除了協議的高效，還有一個方法也可以降低功耗，那就是每次采樣后，我們將采樣結果和上次傳輸的數值進行比較，如果變化很小，小到可以忽略，那么我們為什么還要耗費能量重新傳輸一次這個數值呢？八、綜合應用打通互聯八、綜合應用打通互聯無線傳感器的應用，從來不是獨立的，他必須和各種有線傳感設備，更大的廣域網絡互通，做到開放兼容，才能慢慢被市場接受，因此我們的市場化產品里，有很多數據接收設備和數據網關，我們發現，這一塊解決好了，用戶才能接受我們的產品，