WSN(无线传感网络)的芯片技术与解决方案

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WSN传感器繁多 多采用子板设计

目 前许多传感器，大多采用微机电(MEMS)组件来设计。而WSN所用到的传感器种类可说是包罗万象，如动力／惯性运动类(加速器、陀螺仪、LVDT，线性 变化差动变压器)，压力类(压力计、血压计)，磁力类(磁力计)、光学类(环境光传感器、油压传感器、光伏传感器)，化学类，气体类(一氧化碳、二氧化 碳、空气、氧气、氢气、甲烷等侦测器)，热能类(热度计)。

还有像是流体类(流动计)，定位类(GPS卫星导航、LVDT、编码器)，视觉 类(相机)，射频类(强度侦测器、RSSI, 接收信号强度指示器等)，旋转类(磁力计、编码器)，以及湿度类(湿度计)，高度类(气压计)，色彩类(色度计)，体积类(差分干涉仪、雷射干涉仪)，数 量类(光学检视仪等)等等。此外，在电脑内也使用到不少传感器，像是内容类(主机板温度)、识别类(指纹识别器)、活动类(超频侦测等)。

WSN的开发板在系统设计上具备扩充能力，可以通过子板(Daughterboard)方式，连接上述各式传感器以扩充其传感功能；当传感需求有所变更时，只须更换子板即可。

力求整体低功耗WSN节点产品方案

WSN的传感节点需要低功耗设计，其网络传输规范主要基于IEEE 802.15.4，基于此底层标准规范的无线传输协定中，有ZigBee、6LoWPAN等。而WSN的资料搜集闸道器，则可采用电脑使用的Wi-Fi、蓝牙、行动网络等协定，将资料传到中央主机。

因 此系统芯片厂针对WSN的特性，推出了WSN专用的RF芯片，亦有整合RF功能的SoC(系统单芯片)，具备小尺寸、低功耗的特性；另也推出WSN的开发 模组，可连接传感器子板的解决方案。这些厂商包括Atmel、ST(意法半导体)、Silicon Labs(芯科实验室)、Linear Technology(凌力尔特)、NXP(恩智浦)、Libelium、DIGI、ROHM等。

例如ST推出的STM32W MCU家族，便是基于IEEE 802.15.4的SoC，采用ARM Cortex-M3 24MHz处理器，内建64～128KB快闪存储器，与8K SRAM。支持ZigBee与6LoWPAN协定，并具备AES-128硬件加密功能，以保障资料传输安全。

Atmel推出的 Xplained系列硬件开发评估平台，就有搭配自家32-bit ARM Cortex-M0+ 48MHz (ATSAMR21系列，提供64K～256KB的快闪存储器，具备硬件触控功能)，或更低耗电的8-bit AVR MCU的选择(具-40°C～+125°C的宽温环境)，无线通信方面则支持802.15.4与ZigBee等应用。

而Silicon Labs推出的r ZigBee开发工具，则采用EM35x系列SoC。其EM351/EM357高性能系列，内建32-bit ARM Cortex-M3处理器，运作时脉为6、12、24MHz，含128～192KB快闪存储器，具备读取保护、12KB RAM、具AES-128硬件加密功能。适合应用在智慧能源采集、建筑或家庭自动化控制、安全监测、与WSN应用。

其他WSN产品应用与解决方案

Linear Technology以自家在能源采集的研发经验，推出工业领域WSN专用的Dust Networks产品解决方案SmartMesh IP和SmartMesh WirelessHART的产品，前者包括LTC5800/5900/5901-IPM等传感节点产品(基于6LoWPAN与802.15.4e技术规 范)，而后者包括LTC5800/5900/5901/5902-WHM等产品(基于IEC 62591 WirelessHART规范)。

处 理器采用32位ARM Cortex-M3架构，具AES-128硬件加密功能，执行其Dust的嵌入式SmartMesh IP网络软件，具有智能网络分析功能，能让每个节点互相连接。此外，具备低于50uA的超低耗电量，若搭配能源采集模组，各传感节点即可取得能源来供电， 以延长电池的使用寿命，甚至免换电池。适合应用在数据中心、工业自动化、再生能源、远距监控、交通运输等领域。

另外，像SEWIO的 Open Sniffer则是一种WSN网络流量与品质监测产品。其原理是通过网络封包的嗅探方式，经远端电脑连接至该装置，取得WSN网络运作的状况；可安装在有 传感网络的室内环境中，来检测WSN的运作是否正常，有无遭受到其他信号干扰或骇客攻击。

其支持IEEE 802.15.4、ZigBee、6LoWPAN等Mesh网络架构之封包嗅探，且多达31个无线频道，适合全世界的无线传输环境使用。该产品以体积轻巧 且省电为主打诉求，重量130g，体积101x72mm，耗电量仅250mA。在设定上，只须网络浏览器、Wireless(网络封包分析软件)即可，提 供客户诊断WSN环境之用。

RFID在WSN的应用

RFID(Radio Frequency IDentification；无线射频识别)系统，目前被广泛应用在生活上。其原理主要是由电子标签(Tag)、读取器(Reader)组成，当读卡机 与RFID Tag在近距离感应之后，搭配后台应用系统(Application)，即可快速识别其ID，并做为各种应用。像是物流管理、各