超声气体浓度传感器的无线节点设计

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1、低功耗低误码率的传感器网络节点芯片数字基带设计1，21，21王义，陆世龙，崔莉（1．中国科学院计算技术研究所，北京100190；2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要：本文针对无线传感器网络节点片上系统特点和需求，研究一种低功耗、高性能、低误码率的数字基带（Easibaseband），提出了一种复用加法器和乘法器的设计方法，实现了匹配滤波器，可节省硬件资源并提高系统性能；提出了一种自适应门限的自动增益控制方法，可配合软硬件协同的工作方式，有效地节省接收机的功耗；在位同步中，提出了采用自适应门限的施密特

2、触发器方式进行信号相位判决的方法，降低了解调误码率。本设计在Xilinx的Spartan-3EFPGA上验证并实现，测试结果表明，本收发机的数据传输率可达到111kb/s并支持ISM2.4GHz频段的射频芯片，比传统的并行滤波器节省了5/6的硬件资源，比不采用自动增益控制节省了10.8%的接收机功耗，在信噪比13dB时，误码率在1E-4以下，远低于WiseNet的接收误码率。关键词：无线传感器网络节点；片上系统；数字基带；自动增益控制；位同步；匹配滤波器；软硬件协同中图分类号：TN492文献标识码：A文章编号

3、：0372-2112ALowPowerLowBERDigitalBasebandDesignforWSNSoC1,21,21WANGYi，LUShi-long，CUILi(1.InstituteofComputingTechnology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190,China;2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:Wehavedevelopedal

4、owpowerandlowbiterrorrate(BER)digitalbasebandasapartofwirelesssensornetworknodesystem-on-a-chip(SoC),namelyEasibaseband..Anautomaticgaincontrol(AGC)modulehasbeenproposedbasedonhardwareandsoftwareco-designwhichcansavethepowerconsumptionofreceiverupto10.8%.It

5、alsorealizesadigitalmatchedfilter(DMF)inreceivertoreducetheBER.Aphasesynchronizationalgorithmisalsoproposed.ThetransceiverutilizesFSKmodulationencoderinbasebandatadatarateof111kb/sinthe2.4GHzISMbandtoprovidewirelessconnectivitybetweentwosensornodes.Thedesig

6、nhasbeenvalidatedinSpartan-3EFPGA.Theresultsshowedthattheproposedschemesachievebetterperformancethanexistingwork.Keywords:wirelesssensornetworknode;systemonachip(SOC);digitalbaseband;automaticgaincontrol(AGC);phasesynchronization;digitalmatchedfilter(DMF);s

7、oftwareandhardwareco-operation11引言：FPGA上实现无线传感器网络节点，并在有大规模应用无线传感器网络的应用前景十分广阔，能够广泛时将其转为ASIC批量生产的设计方法将成为解决节应用于军事、环境监测、医疗健康、交通管理以及商点以上问题的关键技术手段。业应用等领域。虽然传感器节点有着各种各样的应用，信号采集、信号处理及组网通信是传感器节点的但这些应用对传感器节点有着一些相同的要求，其中三大功能。传感器节点通常由传感模块、处理模块、最具挑战性的要求就是如何使传感器节点计算能力更无线

8、通信模块以及能量模块四个部分组成，其中无线强、计算效率更高、功耗更低、体积更小。通信模块占整个传感器节点功耗的绝大部分，以时钟目前的传感器节点，大多是采用通用的嵌入式平频率24MHz的WiseNetSOC[1]为例，射频功耗（30mW）台来实现。此类节点的器件不是专门为传感器网络设约是处理器及其他数字电路功耗(1.2mW)的25倍。数计，在计算处理能力、通信能力、功耗和成本等方面字基带在无线通信模块