由許多感測節(jié)點所構(gòu)成的WSN（無線感測網(wǎng)路），可各種環(huán)境需求來設(shè)置。而為了長期運作，大多采用低功耗與節(jié)電設(shè)計，必要時再搭配能源采集的功能，讓運作時間更長久。而在感測資料的搜集與傳遞部份，除感測器必須量測精準，各節(jié)點之間的資料傳輸也必須力求通暢，并具有容錯能力；各廠商也推出不同傳輸技術(shù)與解決方案，供客戶選擇與部署…

解決方案多而雜WSN推廣門檻大

WSN（無線感測網(wǎng)路）近幾年來陸續(xù)應(yīng)用在各種領(lǐng)域，如軍事國防、科學(xué)領(lǐng)域、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、倉儲物流、醫(yī)療照護、農(nóng)業(yè)防治、智慧建筑、石油天然氣、橋梁河川、航太飛行等等。透過布建多個感測節(jié)點，將感測與搜集到資料，透過無線方式傳送到中控電腦，以做為搜集、分析、預(yù)警、防害等目的。

監(jiān)測WSN網(wǎng)路品質(zhì)的Open Sniffer組成架構(gòu)（圖/SEWIO）

早期工業(yè)用WSN由于沒有共同的系統(tǒng)規(guī)格，在節(jié)點部署與系統(tǒng)設(shè)計上，必須耗費不少時間，動輒耗費長達幾年的時間來測試、校正、改善，造成WSN推行上的阻礙。

由于WSN的節(jié)點元件主要是MEMS（微機電系統(tǒng)）感測器，搭配RF（無線射頻）通訊晶片、處理器（通常是用MCU微控制器）、電力來源（電池、電源、太陽能等）所組成，在軟體/韌體設(shè)計上加入自主與智慧功能（可調(diào)節(jié)式路由、智慧搜集、容錯等）。

為讓W(xué)SN的運作更有效率，不少晶片廠、網(wǎng)通廠、系統(tǒng)方案廠相繼投入開發(fā)新一代的WSN硬體元件，以及相關(guān)的產(chǎn)品解決方案，提供簡易安裝、適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、超長時間感測、精準感測、各種節(jié)電模式、資料安全等的特色，來吸引客戶導(dǎo)入使用，以節(jié)省測試與部署的時間。

WSN感測器繁多多采用子板設(shè)計

目前許多感測器，大多采用微機電（MEMS）元件來設(shè)計。而WSN所用到的感測器種類可說是包羅萬象，如動力/慣性運動類（加速器、陀螺儀、LVDT，線性變化差動變壓器），壓力類（壓力計、血壓計），磁力類（磁力計）、光學(xué)類（環(huán)境光感測器、油壓感測器、光伏感測器），化學(xué)類，氣體類（一氧化碳、二氧化碳、空氣、氧氣、氫氣、甲烷等偵測器），熱能類（熱度計）。

還有像是流體類（流動計），定位類（GPS衛(wèi)星導(dǎo)航、LVDT、編碼器），視覺類（相機），射頻類（強度偵測器、RSSI，接收信號強度指示器等），旋轉(zhuǎn)類（磁力計、編碼器），以及濕度類（濕度計），高度類（氣壓計），色彩類（色度計），體積類（差分干涉儀、雷射干涉儀），數(shù)量類（光學(xué)檢視儀等）等等。此外，在電腦內(nèi)也使用到不少感測器，像是內(nèi)容類（主機板溫度）、辨識類（指紋辨識器）、活動類（超頻偵測等）。

WSN的開發(fā)板在系統(tǒng)設(shè)計上具備擴充能力，可以透過子板（Daughterboard）方式，連接上述各式感測器以擴充其感測功能；當(dāng)感測需求有所變更時，只須更換子板即可。

力求整體低功耗WSN節(jié)點產(chǎn)品方案

WSN的感測節(jié)點需要低功耗設(shè)計，其網(wǎng)路傳輸規(guī)范主要基于IEEE 802.15.4，基于此底層標準規(guī)范的無線傳輸協(xié)定中，有ZigBee、6LoWPAN等。而WSN的資料搜集閘道器，則可采用電腦使用的Wi-Fi、藍牙、行動網(wǎng)路等協(xié)定，將資料傳到中央主機。

因此系統(tǒng)晶片廠針對WSN的特性，推出了WSN專用的RF晶片，亦有整合RF功能的SoC（系統(tǒng)單晶片），具備小尺寸、低功耗的特性；另也推出WSN的開發(fā)模組，可連接感測器子板的解決方案。這些廠商包括Atmel、ST（意法半導(dǎo)體）、Silicon Labs（芯科實驗室）、Linear Technology（凌力爾特）、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處理器，內(nèi)建64~128KB快閃記憶體，與8K SRAM.支援ZigBee與6LoWPAN協(xié)定，并具備AES-128硬體加密功能，以保障資料傳輸安全。

Atmel推出的Xplained系列硬體開發(fā)評估平臺，就有搭配自家32-bit ARM Cortex-M0+ 48MHz（ATSAMR21系列，提供64K~256KB的快閃記憶體，具備硬體觸控功能），或更低耗電的8-bit AVR MCU的選擇（具-40°C~+125°C的寬溫環(huán)境），無線通訊方面則支援802.15.4與ZigBee等應(yīng)用。

而Silicon Labs推出的Ember ZigBee開發(fā)工具，則采用EM35x系列SoC.其EM351/EM357高效能系列，內(nèi)建32-bit ARM Cortex-M3處理器，運作時脈為6、12、24MHz，含128~192KB快閃記憶體，具備讀取保護、12KB RAM、具AES-128硬體加密功能。適合應(yīng)用在智慧能源采集、建筑或家庭自動化控制、安全監(jiān)測、與WSN應(yīng)用。