一种低功耗的无线瓦斯传感器节点设计

3 节点能耗估计
在所设计的电路中，消耗能量的部分是稳压电路、CC2430芯片和MIPEX传感器。CC2430芯片在一个工作／休眠周期(10 min)内，至少有8分30秒处于PM2低功耗状态，本文设定的是PM2低功耗状态，在此期间电流为0．9μA。有70 s的时间处于PM1低功耗状态，其余20 s处于PM0状态。MIPEX传感器正常工作时，其电流为1 mA。
一般电池的能量采用mAh的方法进行表示，为了便于估计所设计的节点电路工作寿命，这里也采用mAh的方法来表示能量。根据上面的分析，可以计算出在一个工作／休眠周期内，节点电路所消耗的能量。CC2430在一个周期的能耗约为：
Q1=0．9μA×510 s+0．2 mA×70 s+25 mA×20 s=514．459 mAs
MIPEX传感器在一个周期内的能耗约为：
Q2=1 mA×90 s=90 mAs
文中所设计的电路采用3节1．5 V电池供电，即输入为4．5 V，输出为3．3 V。MH5333稳压器的效率与其压差有关，线性稳压器件(LDO)的效率一般在85％～90％之问，且随着压差的减小，其效率会有所增加。这里假设其转换效率为85％，则整个节点电路在一个周期(10 min)内的能耗可以表示为：

一节普通5号电池的能量在600～700mAh，由此可以估算出所设计的节点电路在3节电池供电情况下的工作时间为：

由此可见，本文所设计的无线瓦斯传感器节点具有很低的能量消耗，3节普通5号电池供电的情况下，工作时间可达3 797天即10年之多。文中设定丁作／休眠周期可适当缩短，以提高监测情况的实时性。如果设置周期为5 min，那么工作时间也有5年左右。
传统的低功耗瓦斯传感元件功耗都在百mW以上，且有至少10 s的响应时间，所以仅传感元件本身的能耗就非常大。如果再加上信号放大电路、无线收发电路的能耗，仍没定工作／休眠周期为10 min，那么普通3节1．5 V电池仪能维持一个月左右。因此与传统瓦斯传感元件相比，MIPEX传感元件的低功耗性能表现非常优越。这也为低功耗无线瓦斯传感器节点实用化提供了一条行之有效的途径。

结语
本文采用低功耗红外瓦斯传感器MIPEX和CC2430设计的无线瓦斯传感器节点，能够维持足够长的工作时间，是采用传统低功耗瓦斯传感元件所远远不能达到的，这对于推进无线瓦斯传感器节点进一步走向实用化具有重要意义。不过论文所设计的传感器节点对瓦斯浓度响应的实时性有待进一步提高。当瓦斯浓度超限时，能够向CC2430发出中断触发信号，将其从休眠中唤醒。不过，需要增加硬件电路，才能实现该功能。传感器节点也可以根据瓦斯浓度的高低及变化速率．来确定其工作／休眠周期。如果瓦斯浓度低，且变化速率不大，则可以设置较长的工作／休眠周期；如果瓦斯浓度变化较大，则设置较短的工作／休眠周期；如果瓦斯浓度超限，则应处于实时工作状态。