在不远的将来，电子元件其中一个最有前途的发展前景就是无线传感器网路（WSN)的应用与部署——也就是说，这个网络由几十个到成千上万个小型传感器组成，这些小型传感器之间并在中央
系统内进行测量、计算和无线通信。单个传感器或节点将以极低功耗运行，采集它们周围环境中的能量以支持运行，这样的话，它们的安装也就不再需要昂贵的布线基础设施，并且在无需维护的情况下持续运行数年。
这些小型廉价系统已经授予“粘贴可用”传感器的称号，从这一称号上我们可以看出此类传感器的安装是多么的简单。包含了几十、数百、甚至成千上万此类节点的WSN将使目前已经十分昂贵的多点感测在价格方面更加亲民，并实现动态控制，以减少成本并扩展功能。
我们只需举一个示例，诸如食品仓库等大型建筑会有数十个监视温度和湿度的无线恒温器，所有这些恒温器将这些信息报告给中央系统。中央系统调节空气流动和制冷，以保持环境条件一致并尽可能地减少食物腐败。这些传感器可以被放置在不太寻常的位置上—货架下方、垃圾箱底部、甚至是放在食物上—以便使用户更加准确地了解环境条件变化。
1智能电网：一个针对分布式智能的领先应用
分布式感测的最重要应用之一就是在电源行业中的应用。这一行业正在不断地寻找一个在整个电网内部测量和显示电力流动的全新方法，以实现高效、可靠服务。可以预见的是，通过改进基础设施养护和对消费模式更好理解，朝着智能电力网络的不断发展（经常被称为“智能电网”）不但可以提升电力传输
质量，而且有助于将成本保持在可控范围内。
实际上，每一个发电和输电阶段都可以从此类远程传感器中受益，其中包括电力公司到高功率传输和变电站，从街道输电线路和变压器到住所内的接入点、工厂和办公楼。这些场所内的传感器能够检测使用习惯并将其报告给中央系统，从而使智能电网能够对自身进行微调，来满足这些需求，而同时又避免会导致电力中断和减少
设备使用寿命的过载情况的发生。电网智能对于太阳能阵列、风力发电场和地热发电厂等分布式电源的集成也是必不可少的。
在之前的非智能设备间提供通信功能的
技术进步已经催生出“智能住宅”和“智能工厂”，以及无所不包的“物联网”。不论外围还是主要应用领域，这些形式的分布式智能将带来全新类型的应用，以实现更大的便利性并提高
生产力。
无线节点将只负责智能电网内的某些分布式智能，这是因为很多传感器将使用有线
数据网络或电力线本身来充当物理网络介质。但是在一个重要方面，电力公司在将无线技术应用到测量值通信方面已经处于领先地位。在很多年间，公共事业部门已经开始用可实现无线读取的数字仪表替代传统的机电仪表。无论如何，无线公共事业仪表节省了抄表工每月查看仪表所产生的成本；现在抄表工可以不用停留，在很短的时间内获得仪表读数，通常情况下无需进入场所内部。更加精密的仪表经常在更加广阔的范围内进行通信，这是因为它们收集和发送的数据能够帮助公共事业部门预计需求模式并更加有效地提供服务。
2超低功耗是WSN的关键所在
TI在开发那些能够实现无线仪表的集成电路技术方面发挥了关键作用，而TI客户是这些设备的重要供应商。作为低功率模拟和混合信号行业的领导者，TI在设计、制造IC产品方面有很长的历史，而这些IC产品可被用在诸如便携式产品，以及工业和汽车控制系统等功率敏感应用中。今天，曾经开发用于无线公共事业仪表的同一项技术出现在最新一代的元件中，这些元件功耗更低，这也使得它们非常适合为无线网络生成感测节点。使用这些解决方案的WSN将有助于把智能化引入住宅、办公室、工厂、农场、娱乐场所、和自然环境中—我们希望搜集数据来帮助我们了解和控制环境条件的任何地方。
正在设计远程无线传感器的设计人员必须在大量的系统需求中实现恰当的权衡，其中包括尺寸、成本和元件的可靠供电，以及设计支持工具和
软件库。还需注意有的一点是，远程传感器节点的一个必不可少的考虑因素就是超低功耗 (ULP) 元件的供货情况。在没有ULP微控制器，存储器、传感器、收发器和其它系统功能的情况下，是无法以低成本实现远程无线传感器的。能够从光源、振动或发热中搜集和储存环境能量的技术对于这些器件以及它们所组成的WSN的成功也是十分关键的。
任何测量系统的核心都是执行计算并控制系统的微控制器单元 (MCU)。无线传感器节点需要ULP微控制器长期处于睡眠状态—通常在超过99%的时间内—其目的就是为了省电。激活周期包括快速唤醒、高效执行测量、通信和控制功能、然后返回到睡眠状态。由于传感器的大量可能应用，为了实现灵活性，MCU必须将足够的外设功能包含在内，仍然能够在外设不使用时将其关闭，已达到节电的目的。相似地，必须写入MCU软件以尽可能地减少运算量，并且利用器件内所固有的任何省电功能。
与微控制器相类似，所有其它系统组件必须被设计成在执行
任务时只消耗极少量的电能。存储器必须有足够多的空间来保存程序和数据，并且速度足够快，以便在MCU被唤醒时支持较短的活动周期。而存储器也必须被设计成支持高功效读取和写入，并且在睡眠周期期间保持所存储的数据的同时实现最小功率耗散。数据转换器必须快到能够支持系统输入和输出，但是耗电量一定不能大于执行这个任务所必须的电量。ULP发射器必须快速激活和关闭，在唤醒周期内发送和接收大量的突发数据，可在足够广的范围内进行发射操作以满足网络需要，并且有可能支持不同的传输格式，以实现灵活性。根据网络需求的不同，节点也许需要接收数据，这样就需要在节约电能方面有一些稍微不同的考虑。
3TI用于无线传感器节点的ULP产品现已供货
电源子系统的设计在无线传感器节点中十分重要。在能源方面，不论是太阳能板，热能或压电换能器，或者是其它器件，必须得到电路的支持，这些电路的设计目的是，无论周围环境条件如何变化，始终最大限度地采集能量，能量存储在可充电电池或超级电容器中，或者同时存储在两者内部，需要对这些器件进行仔细
管理以优化电源，这样的话，就能在需要时随时为设备供电。感测热量、电流、化学物质或其它环境条件的元件必须具有足够的灵敏度，以实现准确度数，而非耗电量过大。当选择的这些组件恰好均衡了功能性与低功耗之间的关系，传感器节点应该能够在数年间自主运行。
基于在为多种应用设计IC产品方面所积累的专业知识，TI能够提供满足无线传感器节点电源需求的解决方案。很多此类解决方案是无线公共事业仪表的延伸产品，所以，这项技术已经在实际应用领域被广泛
测试。将两者结合在一起，TI的ULP产品提供具有深度支持的完整系统，从而使设计人员能够为多种WSN应用创建无线传感器节点。
4金刚狼 (Wolverine)MSP430 MCU
TI无线感测解决方案的核心是“Wolverine”MSP430微控制器。借助于专门设计用于ULP的架构，相对于之前的器件，Wolverine MCU的总体功耗减少了50%。此类MCU基于130纳米 (nm) 超低泄露
工艺技术，从而减少了激活和静态功率，而针对器件的整个设计库被重新设计，以充分利用这些节点特性。库中的高功效元件包括模拟组件以及数字组件，这样的话，MCU集成了诸如12位高精度模数转换器 (ADC) 的外设，此类外设可以在流耗只有75mA的同时，每秒钟采样200000次；以及运行流耗仅有100纳安 (nA)，具有日历和闹铃功能的实时时钟 (RTC)。
Wolverine的片上电源管理技术包括对7种工作模式的支持，高级电源选通，以及高度响应自适应稳压器。按照应用的特定要求，MCU被分为多个电源域，以实现器件内每个部件的动态管理。MSP430架构所长期具有的这个特性比以前更加精细，扩展到更大功能块内的单个模块。为了在系统每次从待机切换到激活模式时最大限度地减少功率损耗，此器件使用其电源选通控制器将请求时钟的模块保持在激活状态，同时将空闲模块放置在保持模式。此外，通过自动适应负载的变化，比如说在高频模块加电时，智能电源管理免除了对于外部缓冲电容器的需要。所有这些节点特性无需开发人员干预，以无缝方式自动实现电源管理。
5快速、低功耗FRAM
Wolverine MSP430架构在铁电随机存储器 (FRAM) 集成方面也有重要意义。FRAM在结构方面与DRAM相类似，不同的是数据以晶态存储，而不是以电荷状态存储。因此，FRAM具有与DRAM相似的读取/写入访问和周期时间，并且相对小巧。然而，与DRAM不同的是，FRAM是非易失性的，并且能够在系统断电时，继续保存数据。相对于经常用于程序的非易失性闪存存储器，FRAM速度更快，能耗更低，并且写入的次数更多。因此，具有集成FRAM的MCU代表了ULP系统（诸如无线传感器节点）在节电方面的重要技术进步。
闪存存储器的一个问题就是其写入所需要的相对较高的电压电平（10至15V），必须使用电荷泵并且每次操作需要使用很多电能。此外，闪存存储器必须在每次写入前被擦除，这也是增加写入操作复杂度，中断系统运行的一个因素，通常情况下，在系统其余部分等待时会浪费时间和电能。最后，闪存存储器具有大约10000的写入操作限制次数，这个次数限制对于那些每隔一秒钟到几秒钟就要对数据更新数次，并且需要长年累月不断进行此类操作的系统来说是不够的。虽然闪存经常用于程序存储，但这些因素使其不能用于数据存储，因此就必须使用易失性SRAM块。系统断电时，必须将数据从SRAM写入闪存来实现非易失性存储，而在加电时，从闪存读取相应数据到SRAM。
FRAM是一款真正的随机存储器，其中的每个位可被单独地读取或写入，并且其具有一个简单的、单步写入过程，无需单独的擦除操作。FRAM写入只需1.5V电压，这样就不需要电荷泵了，并且也不会在擦除现有数据时中断系统造成延迟。因此，FRAM写入访问比闪存写入快100倍，而FRAM的激活写入所需能量比闪存少250倍。此外，对FRAM的写入实际上是无限的—大约1015个写入周期—这样的话，在使用存储器进行数据储存时不会有任何困难。程序和数据存储器可被统一为单个块，并且可以根据应用的需要进行分区。数据在断电期间保存在存储器中，从而使设计人员不但免除了对于外部电荷泵的需要，而且也就不再需要大型电容器为其供电了。对于诸如无线传感器节点的能量采集系统，FRAM所具有的节电特性成为实现成功设计的关键。
6纳米级功率能量采集
无线传感器节点的成功设计将必须从环境能源中采集能量。电源子系统将必须优化太阳能、热电、电磁和振动源中产生的微瓦至毫瓦级功率，然后将提取的能量存储器在锂离子电池和超级电容器等元件中。TI的bq25504升压充电器专门设计用于这一级别的电源管理，它特有低静态电流和高转换效率。最大功率点跟踪 (MPPT) 优化了提取自DC采集器的能量，诸如变化光照条件下的太阳能板，以及不同热条件下的热电发电机 (TEG)。所产生的结果将是革命性的：在小型太阳能供电系统中，相对于线性稳压器，此类器件的使用能够将可用采集能量增加30%，达到70%。这样高的效率使得设计人员能够从太阳能板和其它换能器中采集更多能量，从而以更低成本实现更加小型化的感测节点。
今天的无线公共事业仪表得益于TI在低功耗RF电路方面的专业知识，而同样的技术也应用于无线传感器节点中。例如TI的CC2500和CC2520器件，是低成本2.4GHz收发器，设计用于极低功耗无线应用。此电路转为2400至2483.5MHz ISM（工业、科学和医疗）以及SRD（短程器件）频带而设计。RF收发器与高度可配置基带调制解调器，此调制解调器支持基于不同标准的调制格式。
7WSN将使智能世界更加智能
就像WSN可在大范围的环境中运行一样，针对系统输入的感测元件也各有不同。对于特定应用，TI技术能够大大减少感测元件的尺寸和功耗。例如，公司的TMP006红外MEMS温度传感器将功耗和尺寸减少了超过90%，从而使得厂商能够在受限区域内，诸如设备外壳内，准确测量温度。TI还提供诸如高集成LMP91050无色散红外气体传感器模拟前端 (AFE) 的传感器AFE，可以实现用来检测CO2和氟利昂等制冷剂的超小巧感测解决方案。TI在其它领域开发出的感测技术，诸如公司与汽车制造商联合开发出的技术，也会被采用，以满足WSN的需要。
随着智能电网的不断推广，随处可见的用电设备间的智能通信将会充斥其间：住宅、办公室、工厂，甚至在户外。此类设备和它们的网络监视外部条件并把其报告给中央系统的无线传感器网络，从而将自身的范围不断扩展，从而实现对非常宽广的区域的控制。
这些WSN的实现依赖于廉价、超低功耗组件的供货情况，这些组件能够采集环境能量、感测本地条件、执行必要的测量功能，并且定期通过无线传输来发布信息。基于在无线公共事业仪表和其它应用方面积累的经验，TI已经开发出这项技术，并且现在可以提供能够为多种应用实现“粘贴可用”传感器节点的产品。在一定程度上，由于TI的这项技术，智能网络正在扩大目前智能世界的覆盖范围。
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