在不久的將來，最有發(fā)展前景的電子元件之一是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)——的應(yīng)用和部署，也就是說，該網(wǎng)絡(luò)由幾十到幾萬個小傳感器組成，在中央系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行測量、的計算和無線通信。單個傳感器或節(jié)點將以極低的功耗運行，收集其周圍的能量以支持運行，因此它們的安裝將不再需要昂貴的布線基礎(chǔ)設(shè)施，并且將在無需維護的情況下繼續(xù)運行數(shù)年。這些小而便宜的系統(tǒng)被授予“粘貼可用”傳感器的稱號。從這個標題中，我們可以看到這種傳感器的安裝是多么簡單。包括數(shù)十個、、數(shù)百個、甚至數(shù)萬個這樣的節(jié)點的WSN將進行多點感測，這已經(jīng)是非常昂貴的、更加價格友好的并且實現(xiàn)動態(tài)控制以降低成本和擴展功能。讓我們舉個例子。像食品倉庫這樣的大型建筑將會有幾十個無線恒溫器來監(jiān)控溫度和濕度。所有這些恒溫器將向中央系統(tǒng)報告這一信息。中央系統(tǒng)調(diào)節(jié)空氣流量和制冷，以保持一致的環(huán)境條件，最大限度地減少食物腐敗。這些傳感器可以放置在不同尋常的位置，如貨架下的、、垃圾箱底部的、，甚至是食物上，使用戶能夠更準確地了解環(huán)境條件的變化。

 

1智能電網(wǎng):分布式智能的領(lǐng)先應(yīng)用分布式傳感最重要的應(yīng)用之一是在電力行業(yè)。業(yè)界一直在尋找一種新的方法來測量和顯示整個電網(wǎng)內(nèi)的功率流，以實現(xiàn)高效的、可靠服務(wù)。可以預測，通過改善基礎(chǔ)設(shè)施維護和更好地了解消費模式，向智能電網(wǎng)(通常稱為“智能電網(wǎng)”)的持續(xù)發(fā)展不僅可以提高輸電質(zhì)量，而且有助于將成本控制在可控范圍內(nèi)。事實上，每一個發(fā)電和輸電階段都可以受益于這種遠程傳感器，包括電力公司到大功率輸電和變電站，從街道輸電線路和變壓器到接入點、工廠和住宅中的辦公樓。這些位置的傳感器可以檢測使用習慣并將其報告給中央系統(tǒng)，從而使智能電網(wǎng)能夠微調(diào)自身以滿足這些需求，同時避免可能導致斷電和縮短設(shè)備使用壽命的過載情況。電網(wǎng)智能對于分布式電源的集成也至關(guān)重要，例如太陽能陣列、風電場和地熱發(fā)電廠。在以前非智能設(shè)備之間提供通信的技術(shù)進步催生了“智能家庭”和“智能工廠”以及無所不包的“物聯(lián)網(wǎng)”。這些形式的分布式智能將帶來新類型的應(yīng)用程序，以實現(xiàn)更大的便利性和提高生產(chǎn)力，無論是外圍應(yīng)用程序還是主要應(yīng)用程序領(lǐng)域。無線節(jié)點將只負責智能電網(wǎng)中的一些分布式智能，因為許多傳感器將使用有線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或電力線本身作為物理網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)。然而，在一個重要方面，電力公司已經(jīng)率先將無線技術(shù)應(yīng)用于測量通信。多年來，公共事業(yè)已經(jīng)開始用可以無線讀取的數(shù)字儀器取代傳統(tǒng)的機電儀器。無論如何，無線公用事業(yè)電表節(jié)省了抄表員每月檢查電表的費用。現(xiàn)在抄表員可以在很短的時間內(nèi)獲得抄表數(shù)而不用停留，并且通常不需要進入該場所的內(nèi)部。更復雜的儀器通常在更廣的范圍內(nèi)通信，因為它們收集和發(fā)送的數(shù)據(jù)可以幫助公共事業(yè)預測需求模式，更有效地提供服務(wù)。

 

2、超低功耗是WSN的關(guān)鍵。德州儀器在開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)無線儀表的集成電路技術(shù)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，德州儀器客戶是這些設(shè)備的重要供應(yīng)商。作為低功耗模擬和混合信號行業(yè)的領(lǐng)導者，TI在設(shè)計、以制造可用于便攜式產(chǎn)品、工業(yè)和汽車控制系統(tǒng)等功率敏感應(yīng)用的集成電路產(chǎn)品方面擁有悠久的歷史。今天，同樣的技術(shù)曾經(jīng)為無線公用事業(yè)儀表開發(fā)出現(xiàn)在最新一代的組件中，它們消耗更少的能量，使它們非常適合為無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生傳感節(jié)點。WSN使用這些解決方案將有助于將智能引入住宅、、辦公室、、工廠、、農(nóng)場、、娛樂、和自然環(huán)境-我們希望收集數(shù)據(jù)來幫助我們了解和控制任何地方的環(huán)境條件。設(shè)計遠程無線傳感器的設(shè)計人員必須在大量系統(tǒng)需求中做出適當?shù)臋?quán)衡，包括、尺寸的成本和可靠的組件電源，以及設(shè)計支持工具和軟件庫。還應(yīng)該注意的是，遠程傳感器節(jié)點的一個基本考慮是超低功耗(ULP)組件的可用性。如果沒有ULP微控制器、存儲器、傳感器、收發(fā)器和其他系統(tǒng)功能，遠程無線傳感器無法以低成本實現(xiàn)。能夠從光源、的振動或熱量中收集和存儲環(huán)境能量的技術(shù)對于這些設(shè)備及其構(gòu)成的WSN的成功也是至關(guān)重要的。任何測量系統(tǒng)的核心都是微控制器單元(MCU)，它執(zhí)行計算并控制系統(tǒng)。為了省電，無線傳感器節(jié)點需要ULP微控制器長時間睡眠——通常超過99%的時間。激活周期包括快速喚醒、，以有效執(zhí)行測量、通信和控制功能、，然后返回睡眠狀態(tài)。由于傳感器可能有大量的應(yīng)用，為了實現(xiàn)靈活性，單片機必須具備足夠的外設(shè)功能，并且在不使用時仍能關(guān)閉外設(shè)，從而達到省電的目的。同樣，必須編寫微控制器軟件，以最大限度地減少計算量，并利用設(shè)備固有的任何節(jié)能功能。與微控制器類似，所有其他系統(tǒng)組件在執(zhí)行任務(wù)時必須設(shè)計為僅消耗極少量的功率。存儲器必須有足夠的空間來保存程序和數(shù)據(jù)，并且足夠快，以便在微控制器被喚醒時支持一個短的活動周期。然而，存儲器還必須設(shè)計成支持有效的讀寫，并在睡眠期間保持存儲數(shù)據(jù)的同時實現(xiàn)最小功耗。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器必須足夠快以支持系統(tǒng)的輸入和輸出，但功耗不得大于執(zhí)行此任務(wù)所需的功耗。ULP發(fā)射機必須快速激活和關(guān)閉，在喚醒周期內(nèi)發(fā)送和接收大量突發(fā)數(shù)據(jù)，能夠在足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)傳輸以滿足網(wǎng)絡(luò)需求，并且可以支持不同的傳輸格式以實現(xiàn)靈活性。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)要求，節(jié)點可能需要接收數(shù)據(jù)，這在節(jié)能方面需要稍微不同的考慮。

 

3、面向無線傳感器節(jié)點的3TI ULP產(chǎn)品現(xiàn)已上市。在無線傳感器節(jié)點中，合肥SMT電源子系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。就能量而言，無論是太陽能電池板、熱能或壓電傳感器，還是其他設(shè)備，它們都必須由電路支撐。這些電路的設(shè)計目的是最大限度地收集能量，而不考慮周圍環(huán)境的變化。能量儲存在可充電電池或超級電容器中，或者兩者都有。為了優(yōu)化電源，需要對這些設(shè)備進行仔細管理，以便在必要時為設(shè)備供電。感測熱量、、電流、、化學物質(zhì)或其他環(huán)境條件的元件必須具有足夠的靈敏度以達到精確的程度，而不是過度功耗。當選擇這些組件來平衡功能和低功耗之間的關(guān)系時，傳感器節(jié)點應(yīng)該能夠自主運行幾年。基于在為各種應(yīng)用設(shè)計集成電路產(chǎn)品方面積累的專業(yè)知識，TI可以提供滿足無線傳感器節(jié)點功率要求的解決方案。這些解決方案中的許多都是無線功率計的擴展，因此這項技術(shù)已經(jīng)在實際應(yīng)用中得到廣泛測試。將二者結(jié)合在一起，德州儀器的超大規(guī)模集成電路產(chǎn)品提供了一個完整的系統(tǒng)，并提供了強大的支持，從而使設(shè)計人員能夠為各種WSN應(yīng)用創(chuàng)建無線傳感器節(jié)點。

 

4、金剛狼 (Wolverine)MSP430 MCU TI無線感測解決方案的核心是“Wolverine”MSP430微操控器。借助于專門規(guī)劃用于ULP的架構(gòu)，相關(guān)于之前的器材，Wolverine MCU的整體功耗削減了50%。此類MCU根據(jù)130納米 (nm) 超低走漏工藝技能，然后削減了激活和靜態(tài)功率，而針對器材的整個規(guī)劃庫被重新規(guī)劃，以充分利用這些節(jié)點特性。庫中的高成效元件包含模擬組件以及數(shù)字組件，這樣的話，MCU集成了比如12位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)化器 (ADC) 的外設(shè)，此類外設(shè)可以在流耗只有75mA的一起，每秒鐘采樣200000次；以及運轉(zhuǎn)流耗僅有100納安 (nA)，具有日歷和鬧鈴功用的實時時鐘 (RTC)。 Wolverine的片上電源辦理技能包含對7種作業(yè)形式的支持，高檔電源選通，以及高度響應(yīng)自適應(yīng)穩(wěn)壓器。按照使用的特定要求，MCU被分為多個電源域，以完成器材內(nèi)每個部件的動態(tài)辦理。MSP430架構(gòu)所長時間具有的這個特性比以前愈加精細，擴展到更大功用塊內(nèi)的單個模塊。為了在體系每次從待機切換到激活形式時最大限度地削減功率損耗，此器材運用其電源選通操控器將請求時鐘的模塊保持在激活狀態(tài)，一起將空閑模塊放置在保持形式。此外，經(jīng)過主動適應(yīng)負載的改變，比如說在高頻模塊加電時，智能電源辦理免除了關(guān)于外部緩沖電容器的需求。所有這些節(jié)點特性無需開發(fā)人員干涉，以無縫方法主動完成電源辦理。 

 

5、快速、低功耗FRAM Wolverine MSP430架構(gòu)在鐵電隨機存儲器 (FRAM) 集成方面也有重要意義。FRAM在結(jié)構(gòu)方面與DRAM相類似，不同的是數(shù)據(jù)以晶態(tài)存儲，而不是以電荷狀態(tài)存儲。因而，F(xiàn)RAM具有與DRAM相似的讀取/寫入拜訪和周期時間，并且相對細巧。但是，與DRAM不同的是，F(xiàn)RAM對錯易失性的，并且可以在體系斷電時，持續(xù)保存數(shù)據(jù)。相關(guān)于常常用于程序的非易失性閃存存儲器，F(xiàn)RAM速度更快，能耗更低，并且寫入的次數(shù)更多。因而，具有集成FRAM的MCU代表了ULP體系（比如無線傳感器節(jié)點）在節(jié)電方面的重要技能進步。 閃存存儲器的一個問題就是其寫入所需求的相對較高的電壓電平（10至15V），有必要運用電荷泵并且每次操作需求運用很多電能。此外，閃存存儲器有必要在每次寫入前被擦除，這也是添加寫入操作復雜度，中斷體系運轉(zhuǎn)的一個要素，通常情況下，在體系其余部分等待時會浪費時間和電能。最終，閃存存儲器具有大約10000的寫入操作限制次數(shù)，這個次數(shù)限制關(guān)于那些每隔一秒鐘到幾秒鐘就要對數(shù)據(jù)更新數(shù)次，并且需求天長日久不斷進行此類操作的體系來說是不夠的。雖然閃存常常用于程序存儲，但這些要素使其不能用于數(shù)據(jù)存儲，因而就有必要運用易失性SRAM塊。體系斷電時，有必要將數(shù)據(jù)從SRAM寫入閃存來完成非易失性存儲，而在加電時，從閃存讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)到SRAM。 FRAM是一款真實的隨機存儲器，其中的每個位可被獨自地讀取或?qū)懭耄⑶移渚哂幸粋€簡略的、單步寫入過程，無需獨自的擦除操作。FRAM寫入只需1.5V電壓，這樣就不需求電荷泵了，并且也不會在擦除現(xiàn)有數(shù)據(jù)時中斷體系形成延遲。因而，F(xiàn)RAM寫入拜訪比閃存寫入快100倍，而FRAM的激活寫入所需能量比閃存少250倍。此外，對FRAM的寫入實際上是無限的—大約1015個寫入周期—這樣的話，在運用存儲器進行數(shù)據(jù)儲存時不會有任何困難。程序和數(shù)據(jù)存儲器可被統(tǒng)一為單個塊，并且可以根據(jù)使用的需求進行分區(qū)。數(shù)據(jù)在斷電期間保存在存儲器中，然后使規(guī)劃人員不但免除了關(guān)于外部電荷泵的需求，并且也就不再需求大型電容器為其供電了。關(guān)于比如無線傳感器節(jié)點的能量收集體系，F(xiàn)RAM所具有的節(jié)電特性成為完成成功規(guī)劃的要害。 6納米級功率能量收集 無線傳感器節(jié)點的成功規(guī)劃將有必要從環(huán)境能源中收集能量。電源子體系將有必要優(yōu)化太陽能、熱電、電磁和振動源中發(fā)生的微瓦至毫瓦級功率，然后將提取的能量存儲器在鋰離子電池和超級電容器等元件中。TI的bq25504升壓充電器專門規(guī)劃用于這一級別的電源辦理，它特有低靜態(tài)電流和高轉(zhuǎn)化功率。最大功率點盯梢 (MPPT) 優(yōu)化了提取自DC收集器的能量，比如改變光照條件下的太陽能板，以及不同熱條件下的熱電發(fā)電機 (TEG)。所發(fā)生的成果將是革命性的：在小型太陽能供電體系中，相關(guān)于線性穩(wěn)壓器，此類器材的運用可以將可用收集能量添加30%，到達70%。這樣高的功率使得規(guī)劃人員可以從太陽能板和其它換能器中收集更多能量，然后以更低本錢完成愈加小型化的感測節(jié)點。 今日的無線公共事業(yè)儀表得益于TI在低功耗RF電路方面的專業(yè)知識，而同樣的技能也使用于無線傳感器節(jié)點中。例如TI的CC2500和CC2520器材，是低本錢2.4GHz收發(fā)器，規(guī)劃用于極低功耗無線使用。此電路轉(zhuǎn)為2400至2483.5MHz ISM（工業(yè)、科學和醫(yī)療）以及SRD（短程器材）頻帶而規(guī)劃。RF收發(fā)器與高度可裝備基帶調(diào)制解調(diào)器，此調(diào)制解調(diào)器支持根據(jù)不同標準的調(diào)制格式。

 

 7WSN將使智能國際愈加智能 就像WSN可在大規(guī)模的環(huán)境中運轉(zhuǎn)相同，針對體系輸入的感測元件也各有不同。關(guān)于特定使用，TI技能可以大大削減感測元件的尺寸和功耗。例如，公司的TMP006紅外MEMS溫度傳感器將功耗和尺寸削減了超越90%，然后使得廠商可以在受限區(qū)域內(nèi)，比如設(shè)備外殼內(nèi)，精確測量溫度。TI還供給比如高集成LMP91050無色散紅外氣體傳感器模擬前端 (AFE) 的傳感器AFE，可以完成用來檢測CO2和氟利昂等制冷劑的超細巧感測解決方案。TI在其它領(lǐng)域開宣布的感測技能，比如公司與汽車制造商聯(lián)合開宣布的技能，也會被采用，以滿足WSN的需求。 跟著智能電網(wǎng)的不斷推廣，隨處可見的用電設(shè)備間的智能通訊將會充滿其間：住宅、辦公室、工廠，乃至在戶外。此類設(shè)備和它們的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督外部條件并把其報告給中央體系的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，然后將本身的規(guī)模不斷擴展，然后完成對非常廣大的區(qū)域的操控。 這些WSN的完成依賴于廉價、超低功耗組件的供貨情況，這些組件可以收集環(huán)境能量、感測本地條件、執(zhí)行必要的測量功用，并且定時經(jīng)過無線傳輸來發(fā)布信息。根據(jù)在無線公共事業(yè)儀表和其它使用方面堆集的經(jīng)歷，TI已經(jīng)開宣布這項技能，并且現(xiàn)在可以供給可以為多種使用完成“粘貼可用”傳感器節(jié)點的產(chǎn)品。在一定程度上，由于TI的這項技能，智能網(wǎng)絡(luò)正在擴展現(xiàn)在智能國際的覆蓋規(guī)模。