电磁波中断技术中Zigbee节点电路设计

摘要：ZigBee是针对无线联网小型设备制定的规范协议，利用电磁波中断技术设计Zigbee节点电路可以尽可能的减少节点消耗的能量。文章主要进行了ZigBee技术概述，ZigBee节点能耗分析，电磁波中断技术中Zigbee节点电路设计节能对策分析，电磁波中断技术中Zigbee节点电路系统结构设计分析，以及电磁波中断技术中Zigbee节点电路低能耗设计分析。

关键词：电磁波；中断技术；Zigbee

中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2012）23—0013—03

ZigBee属于一种功耗较低、速率较慢、距离较短、成本低廉和复杂程度低的无线传输技术，在不需要注册的频段实施操作，利用较长寿命的电池、简单化的操作、极高的可靠性及较强的组网能力。在电磁波中断技术中通过Zigbee节点设计电路，可以尽可能的减少节点消耗的能量，对于节点与网络寿命能够有效延长。

1 ZigBee技术分析

ZigBee是按照无线联网的小型设备而制定的协议规范，拥有十分完整的一套层次构成协议，利用ZigBee之间产生的联盟共同组织制定。ZigBee是一种功耗相对较低、距离比较短、成本低廉和较为简单的无线传输应用技术，在不需要注册的频段操作，电池拥有较长寿命、操作相对便捷、较高的可靠性、极强的组网能力，重点应用在网络无线传感器、自动远程控制领域中。ZigBee技术的诞生很好的弥补了无线通信市场上用于的低功耗低成本设备的缺失。ZigBee网络的显著特征就是其高容量性。ZigBee能够利用树状、星状等混合网络结构，通过一个主节点对若干个主节点实施必要的管理，此主节点可以管理最多200个子节点。因为ZigBee网络拥有数量众多的传感器节点，一般情况下使用无法补充能量的电池实施能量供给。利用节点实施设计，尽可能的降低节点所要消耗的能量，对节点与网络使用时间的有效延长是传感器网络ZigBee的重点技术之一。

2 ZigBee节点产生能耗分析

ZigBee传感器节点主要包括四个模块。其中，传感器模块的功能是在重点监测负责区域内转换搜集数据信息；处理器模块功能是操作与控制整个传感器上的节点，对模块自身进行存储、处理以及传送其它节点的重要数据；无线通信模块功能是帮助其它位置的传感器节点进行数据的交换与控制，搜集收发数据和实施无线通信；供应能量模块功能是提供充足的能量以便传感器能够运行操作，一般情况下利用微型电池供给能量。伴随着集成电路的快速发展，处理器与传感器模块拥有较小的能量，大部分的能量都会在无线通信模块上消耗。然而在不同状态下无线通信模块损耗能量的转换却不尽相同。可以将无线通信模块的状态划分4种。发射与接收状态表示节点对数据包实施信息发送或是接收；空闲状态下，节点不需要发生数据接收，仅能对无线信道实施不间断的侦听，这也是要确保数据包在接收信息时，节点可以迅速转换接收具体情况，因此空闲状态下节点也需要消耗能量，其能量值大概就是在发射状态下的能耗，节点表现出最低能耗的时候是睡眠状态，这时候收发机出现关闭或是能耗较低的情况。

3 电磁波中断技术中Zigbee节点电路节能设计

3.1 节点设计的硬件节能

3.1.1 处理器节能模块电路设计

①无限传感器中的微处理器。ZigBee网络节点中心无线传感器就是微处理器。它主要是对传感器数据实施一定的搜集与处理，决定什么时间、地点将发送这部分信息数据。同时将其它传感器节点的信息实施接收并且决定相关执行控制器的操作。需要对微处理器实施的操作包括各类程序，处理有关信号、通信网络协议与应用的程序，它的主要任务就是执行处理中央单元命令。由于微处理器处理的信息数据十分庞大，在节点网络操作中它是十分关键的耗能单元。主要包含了操作过程中的电压、时钟的运行工作、复杂的内部逻辑以及制造技术。操作应具备一定级别的电压，因此也会产生较快的操作速度，所需要的耗能也就越大，为了尽量增加节点操作的时间，在对处理器的选择总，应充分考虑微处理器的能耗级别，与此同时还要对各种工作模式给与一定的支持。除此之外，尽量提升处理器的操作速度，这样可以确保在极短的时间内结束工作，进快恢复到睡眠的界面，节省更多的能耗。

②随机性存储器。随机的储存器主要工作是加入即时性的数据以及接收或者储存发送的节点数据。虽然储存器设定的存取速度是比较快的，但是电源一旦被切断，就不能保存处理信息数据。这时建议将存储器上储存程序代码在编程储存器上消除。假设储存器缺乏充分的存储空间或是必须进行断电一段时间，即使利用闪存储存信息数据，但是因为延迟时间较长，同时需要比较大的功耗。这时对存储器具备的功耗来说，选择适当减小储存器的比例尺寸，特别是储存器存取随机性尺寸大小。

3.1.2 通信无线模块

在无线网络中的ZigBee传感器节点，耗能最大的是无线通信类型模块。无线通信类型模块重要功能是完成节点信息的发送和接收，能量消耗主要包括两方面，一方面是射频能耗信号的产生，这方面能耗选择的调节模式与目标距离存在关联。另一方面是能耗重点表现为合成转换的元器件产生的滤波频率，该方面的能耗是固定性的，所以，我们应当对各种操作方式、休眠延长时间、通信流量的降低以及选择协调机制等方面实行降低操作。

①无线收发器的多种工作模式。无线式收发器能够对不同模式下的微处理器运行操作，面对小功率的发射，接收和发射方式对于功率的耗损大体上是一样的，以至于接收过程中需要的功率明显多过发射过程，其中原因是接收器自身体系结构特点。空闲操作需要的功率要明显低于接收过程消耗的功率，或者与其相等。在流量传输工程中应尽可能降低网络无线传输设备所耗损的功率，收发工作模块即便是保持较长时间的空闲工作状态也会消耗巨大的能量。因此，应将收发器调节为休眠模式，仅需要在特定时期内才对其实施激活一个地占空比下进行工作。

②调节模式的选择。调节模式的选择也十分关键，需要平衡分析几个关键性的因素。它发挥的主要功能是确保能量的整体消耗、灵敏反应程度以及延迟等各个方面产生平衡的无限链路。为了确保休眠状态的收发器保持最大程度的延续，需要将发送次数降低到最低。调制收发器过程中所需要一个较高的数据概率。也就是保证一个数据既定传输所消耗的最短的时间，对能量产生的需求也会逐渐减小。另外，调节模式产生的功耗多数情况下决定于符号率，却不是数据率。