《可穿戴计算：基于人体传感器网络的可穿戴系统建模与实现》 —1.4　传感器节点的硬件架构

1.4　传感器节点的硬件架构

典型的传感器节点架构如图1.3所示，由以下主要部分组成：

感知单元，每个节点通常包含一个或多个内置传感器和一个扩展总线，该总线能够进一步连接一些特定应用中所必需的其他传感器。传感器通常由感知器件和模数转换器（见下一个要点）组成。感知器件是利用某些材料能够根据不同的环境条件改变其“电气特性”这一特征来实现的。无线传感器节点上使用的很多感知器件均基于MEMS（微电子机械系统）技术。与压电传感器相比，MEMS传感器效率更高、功耗更低。此外，MEMS传感器的特点是生产成本低，尽管与压电传感器相比，这样可能会导致精度的降低。

模数转换器（ADC）把感知器件的电压值转换为数字值，然后用于后续处理。

处理单元，传感器节点的微控制单元（MCU）通常与有限的内置存储器单元一起使用，以提高处理速度，并支持本地在线感知数据的处理。传感器节点也因此能够进行信号处理，如“背景噪声”过滤、数据融合和聚合以及特征提取（例如，均值、方差、最大/最小值、熵、信号幅度/能量等）。MCU还负责管理其他硬件资源。

收发器单元是将节点连接到网络的组件。它可以是光学或射频（RF）设备。使用低占空比的无线电不仅是可能的，而且实际上非常有用，这样可以帮助降低功耗。

图1.3　典型的传感器节点硬件架构

外部存储器用来存储在传感器节点上运行的二进制代码程序。一些传感器平台还包括另一个存储器（通常是microSD闪存），作为记录感知数据的大容量存储单元。

电源是传感器节点最稀缺的资源，必须妥善保藏以尽量延长其寿命。它可以得到能量收集单元的特别支持（例如来自太阳光、热能或振动）。