无线传感器网络节点低功耗系统设计

2009-10-19 10:40:21来源: 云南大学

  1.基于IA4421的控制器模块低功耗设计

  1.1便携式模块节点硬件低功耗设计

  (1)处理器选择

  ATmega324p为一个功能强大的单片机,为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案:

  ①TQFP(薄塑封四角扁平封装),体积小,集成度高;

  ②6个可通过软件进行选择的省电模式;

  ③最高达到20MIPs的吞吐率(在20MHz下)。

  (2)接口电路低功耗设计

  接口电路的低功耗设计,往往是容易被忽略的一个环节。在这个环节里,首先要选择低功耗的外围芯片,然后根本的方法是使接口电路的常态处于低功耗状态。另外,还要考虑以下两个因素:

  ①上拉电阻/下拉电阻的选取。在能够正常驱动后级的情况下,尽可能选取更大的阻值。另外,当信号在多数情况下为低时,也可以考虑用下拉电阻,以降低功耗。

  ②对悬空脚的处理。CMOS悬空的输入端的输入阻抗极高,很可能感应一些电荷导致器件被高压击穿,而且还会使输入端信号电平随机变化,导致CPU在休眠时不断地被唤醒,从而无法进入休眠状态,或导致其他莫名其妙的故障。所以正确的方法是,将未使用到的输入端连接到电源VCC或地。

  (3)通信芯片选型

  IA4421是IntegrationAssociates公司推出的射频收发一体芯片,工作在433/868/915MHz频段。芯片的工作电压为2.2~5.4V,采用低功耗模式,待机电流为0.3μA,采用FSK调制模式,发射功率为5~8dBm,接收灵敏度为-109dBm。

  IA4421具有高数据传输速率,数字信号的传输速率可达115.2kbps,模拟信号的传输速率可达256kbps。

  1.2便携式控制器低功耗软件设计

  (1)各种功耗模式转换

  便携式控制器在硬件上由ATmega324p、IA4421和三星公司的LCD以及外围电路组成。把便携式控制器作为一个整体,定义了4种不同的工作模式,如表1所列。不同的工作模式,由便携式控制器上相关功能芯片的工作模式组合而定。

  ①ATmega324p选择Power-save模式的理由:在Pow-er-save睡眠模式下,除了Power-down模式下的所有功能外,Timer/Counter2可以正常工作,所以在Power_save睡眠模式下,系统的实时时钟系统可以正常运行,这也给系统功耗测试中的定时无线收发提供了条件。

  ②基于功耗模式转换的无线收发工作过程:当便携式控制器没有接收和发送任务时,进入睡眠模式,即LCD关闭,ATmega324p处于Power-save模式,IA4421处于SLEEP模式。在实际应用中,便携式控制器处于睡眠模式的时间应该最长。

  如果用户有传输数据的要求,便携式控制器可以通过按键、异步定时器2(实时时钟)以及接收到主机的信号后产生的外部中断信号(INT2)唤醒控制器,进行发送和接收的相关操作。任务完成后,再次进入睡眠模式。

  (2)低功耗键盘软件设计

  ATmega324p的PortA、PortB、PortC、PortD共有32个I/O口,每个I/O口都是一个外部中断源。当端口上检测到有电平跳变时,就可以产生一个外部中断(PCINT)。这个功能使得控制器的外部中断口数量不再受到限制。3×3键盘的6个接口分别接在普通的I/O口上就能实现中断按键。中断按键在本系统中有如下优点:

  ①中断按键程序不需要控制器一直处于扫描运行状态,比用Polling方式下的键盘扫描程序大大地降低了功耗。

  ②中断按键程序能够通过按键产生中断来唤醒控制器,在不影响系统功能的前提下,方便系统进行各种模式之间的转换。详细的键盘系统软件设计流程如图1所示。

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关键字:ATmega324p  测量  无线传感器  网络节点  低功耗

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2009/1019/article_803.html
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