一种超低功耗无线震动传感器设计
传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies）２０１６年第３５卷第２期
ＤＯI：１０.１３８７３／J.１０００—９７８７（２０１６）０２—００８４—０３
一种超低功耗无线震动传感器设计
修威国，唐胜武，王政，咸婉婷，周胜
（中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨150001）
摘要：为实现长期无人值守的震动测量与目标识别，设计了一种超低功耗无线震动传感器。该传感器
采用磁电式敏感元件来获取震动信号，通过信号调理、数据采集、数据分析、数据存储和无线通信的软硬件
设计，完成目标识别和数据传输。通过免供电传感和双处理器设计实现超低功耗工作，利用无线传感器网
络监测模式构建无线、分布式震动监测网络。试验结果表明：该传感器能够完成震动信号测量并识别履带
车和行人这两种典型目标，电流仅有３０μA，预计可连续工作２００天以上。
关键词：传感器；震动测量；无线通信；低功耗
中图分类号：TP２１２.１ 文献标识码：A文章编号：１０００—９７８７（２０１６）０２—００８４—０３
Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｕlｔｒａ-lｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕmｐｔｉｏｎｗｉｒｅlｅｓｓ
ｖｉbｒａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ
XlU Wei-guo，TANG Sheng-wu，WANG Zheng，XlAN Wan-ting，ZHOU Sheng
（Ｔｈｅ49ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈIｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＥlｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏlｏｇｙGｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，
Hａｒbｉｎ150001，Ｃｈｉｎａ）
Ａbｓｔｒａｃｔ：ln order to achieve long-term unattended vibration measurement and target recognition，design an ultra low-power consumption wireless vibration sensor.The sensor adopts electromagnetic sensitive element to obtain vibration signal，and completes target recognition and data transmission through software and hardware design of signal conditioning，data acquisition，data analysis，data storage and wireless communication.Realize ultra-low power consumption working through free power supply sensor and dual processor design，and use WSNs monitoring mode to build wireless，distributed vibration monitoring network.Test results show that the sensor can complete vibration signal measurement and target recognition of caterpillar vehicles and pedestrians，its current is only
３０μA，expected to work continuously for more than２００days.
Kｅｙｗｏｒdｓ：sensor；vibration measurement；wireless communication；low-power consumption
0 引言
在国防军事、交通管理等领域的目标监测与识别活动中，地面震动信号测量是重要的技术手段之一［１］。传统的有线分布式震动传感器存在布线复杂，隐蔽性差，易遭到破坏，缺少灵活性等缺点［２］。采用无线传感器网络（WSNs）构建无线分布式震动监测系统可以弥补传统有线方式的不足［３］。现有的无线通信技术主要有Zig Bee技术、Wi-Fi技术、蓝牙技术、GPRS／GSM等。Zig Bee技术作为一种低功耗、低成本、组网灵活的通信技术，在基于WSNs的传感器设计中具有巨大的优势［４］。
现有的无线传感器存在系统集成度低、各功能组件耦合性差，体积较大等问题，同时功耗过高，平均功耗一般在１００mW以上，不利于工作在长期无人值守的环境下；还存在运算速度和处理能力较差，难以实现片上数据处理的不
收稿日期：２０１５—１２—０１足，造成多传感器原始信号汇入系统主机同时进行处理，加
大系统的负担和稳定性［５］。
本文设计了一种超低功耗无线震动目标监测识别传感器，该传感器采用无线通信的一体化结构设计，将传感器与无线网络相结合减小传感器体积，同时通过采用免供电传感器和超低功耗双处理器架构，并结合软件任务模式管理解决超低功耗工作和片上数据处理能力有限的问题，设计
满足在无人值守条件下长时间工作的要求。
1 工作原理
地面上的运动目标，如步行的人员、行驶车辆等，其运动的过程就是对地面施加一定的激励。地面目标激励下产生的地面震动信号主要取决于地质条件、目标的运动状态和目标的距离。震源位于地表面时，瑞雷波是地面震动探测震源的主要波形，占能量的绝大部分，其满足传感器要求
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