具有FRAM的无线传感器制造技术

本发明专利技术涉及具有FRAM的无线传感器。本申请公开一种在无线传感器网络中使用的无线传感器模块。该传感器模块以具有第一时间周期的周期性方式收集传感器数据。该传感器数据被记录到传感器模块内的非易失性铁电随机存取存储器(FRAM)中。该传感器模块在传感器数据收集周期之间被置于降低功率空闲模式，其中在该空闲模式期间，所记录的数据由FRAM保存。所记录的传感器数据的表象经由无线电信道被以具有第二时间周期的周期性方式发送到远程接收器，其中第二时间周期比第一时间周期长。

【技术实现步骤摘要】
具有FRAM的无线传感器
本专利技术总体涉及在无线传感器模块中使用铁电随机存取存储器(FRAM)，且更具体地涉及使用该FRAM来记录由传感器模块收集的数据。
技术介绍
远程无线传感器网络可以包括散布在家庭、办公室建筑或工厂中用以帮助能量管理、提高舒适度、安全、诊断和其他应用的传感器节点。在实施无线传感器网络时，电池寿命是关键的考虑因素，因为很多电池运行的传感器可能位于不可到达的位置。此外，更换大量传感器节点中的电池将带来巨大的操作成本和环境成本。这些无线节点的无线电功率是电池消耗的主要原因。在低数据速率低功率应用中，例如ZigBee这样的RF标准是流行的。ZigBee和其他低功率RF标准使用由IEEE802.15.4定义的MAC层和PHY层。对802.15.4的修改(其被称为802.15.4e)使用具有占空比(duty-cycled)的MAC(媒体接入控制)来降低无线电功耗。即使无线电是具有占空比的，在该应用中其仍然消耗大部分的电流。在无线传感器网络中，决定电池寿命的决定参数之一是在RF传输期间的总体能耗。发送大量的传感器收集数据决定了更高的RF占空比，增加了系统的能耗，且降低了无线传感器网络的总体电池寿命。【附图说明】下面将仅通过示例并参考附图来描述根据本专利技术的特定实施例:图1是无线传感器网络(WSN)的图示；图2是用在图1的网络中的无线传感器的框图；图3是描述电池寿命对比RF占空比的曲线图；图4是描述针对不同MCU功耗的电池寿命对比RF占空比的比较的曲线图；图5是描述针对聚合数据记录系统的FRAM对比闪存系统电池寿命的曲线图；图6是描述图1的WSN中的数据记录的流程图；通过附图和从后续的详细说明，当前实施例的其余特征将是显而易见的。【具体实施方式】现在将参考附图详细描述本专利技术的具体实施例。为了保持一致，多个附图中的相同的元素由相同的参考数字表示。在本专利技术的实施例的以下详细说明中，很多具体细节被阐述以提供对本专利技术的更彻底的理解。然而，对本领域普通技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以在不具有这些具体细节的情况下被实现。在其他实例中，未详细描述公知的特征，以避免不必要地复杂化本说明。远程无线传感器网络可以包括散布在家庭、办公室建筑或工厂中用以帮助能量管理、提高舒适度、安全、诊断和其他应用的传感器节点。铁电随机存取存储器(FRAM)是一种具有和DRAM(动态随机存取存储器)类似的行为的非易失性存储器技术。每个独立位/比特可以被存取，但不同于EEPROM(电可擦可编程只读存储器)或闪存，FRAM不需要特殊序列来写入数据，其也不需要电荷泵来达到所要求的更高编程电压。本专利技术的实施例可以使用FRAM技术来减小与无线网络中传感器节点内的数据记录相关联的能量成本。FRAM技术使得能够在每个远程传感器节点中使用网络内本地存储，以减小总体通信需求。在这种情况下，和与RF (射频)通信相关的能量需求相t匕，使用FRAM的端节点网络内本地存储的功耗明显更低。要发送的数据量和RF占空比决定了系统的电池寿命。通过使传感器能够基于随时间收集的历史数据对其数据收集执行适应性变化，可以实现通信能量成本的总体减小。如果传感器基于在预定义采样周期上观察到的趋势没有检测到任何明显的改变，则传感器可以选择忽视数据。传感器可以利用缘于FRAM的更低能量需求的与算法相关的低计算能量需求来建立预测时间序列模型。这些时间序列模型要求大量的历史数据以建立所要求的准确度，并且仅能够通过例如FRAM这样的低能耗存储器技术来实现以利用本地存储。可以通过减小经由RF传递的数据量来实现能量成本的明显减小。与FRAM相关的更低能量成本还可以允许依赖于Hash表聚合传感器收集的数据以执行重复分组抑制。这些Hash表通常太大而不能在具有类似能耗要求的RAM中执行。基于FRAM的数据管理方案可以被用来以低能量成本存储这些Hash表，从而改善传感器节点的性能。图1是包括许多无线传感器102的无线传感器网络100的示图。每个传感器102可以被配置为监视例如住宅或商业建筑中的或其周围的一个或多个环境参数106。取决于传感器的能力，各种类型的参数可以被监视，例如:温度、管道或导管中的压力、管道或导管中的流速、房间中的气压、振动或其他地震活动、房间或其他区域中的活动、亮度水平、湿度等。每个传感器102装备有无线发射器，以使其能够经由无线链路104发送所收集的环境数据到网络100的分层结构中的更高层级控制器。通常，每个传感器还可以经由无线链路104接收来自更高层级控制器的命令或指令。传感器102可以被组织为多个组，例如图示说明的组110-112。更多或更少的传感器102可以被组织成比在此图示的更多或更少的组。分组可以基于各种因素，例如:在建筑物中的物理位置、由传感器收集的数据的类型等。一个组例如组110中的每个传感器可以使用如在104处指示的无线信号无线地发送所收集的环境数据到分配给该组的更高层级控制器例如控制器120。在该示例中，控制器120作为从动控制器，其每一个被配置为使用如在122处指示的无线或有线通信信道中继全部收集的环境数据到主动控制器130。主动控制器130可以耦合到用户接口 132。例如，用户接口 132可以是耦合到计算机系统的显示屏或其他显示设备。例如，由主动控制器132从传感器102收集的数据接着可以被以人可读形式显示在用户接口 132上。主动控制器130可以被耦合134到响应于传感器网络100被控制的资源系统140。耦合134可以是硬件互连、无线互连或目前已知或后续发展出的任何其他类型的连接。主动控制器130可以通过耦合134发送控制命令到资源系统140以促使系统140改变操作参数或系统140的一些其他方面。例如，资源系统140可以是住宅或商业建筑的加热、通风和空气调节(HVAC)系统。响应于由传感器102收集的温度信息，多个阻尼器可以被调整，并且系统140的制冷或加热操作可以被增加或减少以保持建筑物中每个房间的最适宜温度。在另一示例中，资源系统140可以是住宅或商业建筑的照明系统。响应于由传感器102检测的外部亮度水平、内部亮度水平和房间中人员的在场或不在场，每个房间的照明可以被调整。主动控制器130还可以发送命令信息给从动控制器120，并由此经由无线事务处理发送给一些或全部的传感器102。例如，命令可被发送以改变数据采样速率、激活或停用一个传感器节点中的多个传感器元件等。取决于网络100的大小和物理范围，可以存在由网络100的一个给定实施例中的从动控制器120示例化的更少或额外的控制层级结构。分布式传感器网络的整体操作是公知的，且在此将不进一步详细地描述。图2是图1的网络100中使用的无线传感器200的框图。例如，无线传感器200可被用于一些或全部传感器节点102。传感器节点200包括耦合到通信接口 220的微控制器(MCU)210。微控制器210可以包括FRAM存储模块214、静态随机存取存储器215、一个或多个计时器模块216以及用于耦合到通信接口 220、显示器230和传感器240、242的其他多个接口。例如，MCU210可具体表现为可从德州仪器获得的MSP430FR57xx。超低功耗微控制器的德州仪器MSP430FR57XX家本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作无线传感器模块的方法，所述方法包括：以具有第一时间周期的周期性方式收集传感器数据；将所述传感器数据记录到所述传感器模块内的非易失性铁电随机存取存储器即FRAM中；在传感器数据收集周期之间将所述传感器模块置于降低功率空闲模式，其中在所述空闲模式期间，所记录的传感器数据由所述FRAM保存；以及将所记录的传感器数据的表象经由无线电信道以具有第二时间周期的周期性方式发送到远程接收器，其中所述第二时间周期比所述第一时间周期长。

【技术特征摘要】
2012.09.01 US 13/602,1551.一种用于操作无线传感器模块的方法，所述方法包括:以具有第一时间周期的周期性方式收集传感器数据；将所述传感器数据记录到所述传感器模块内的非易失性铁电随机存取存储器即FRAM中；在传感器数据收集周期之间将所述传感器模块置于降低功率空闲模式，其中在所述空闲模式期间，所记录的传感器数据由所述FRAM保存；以及将所记录的传感器数据的表象经由无线电信道以具有第二时间周期的周期性方式发送到远程接收器，其中所述第二时间周期比所述第一时间周期长。2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括:在所述第二时间周期期间聚合所记录的传感器数据，以形成所记录的传感器数据的表象，其中聚合包括通过使用所述FRAM作为处理期间的便笺式存储器来在所述FRAM中处理所记录的传感器数据。3.根据权利要求2所述的方法，其中聚合所记录的传感器数据进一步包括使用存储在所述FRAM中的Hash表来执行重复分组抑制。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一周期小于大约1分钟，并且所述第二周期为所述第一周期的至少10倍。5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括:分配所述FRAM的一部分来保存用于由所述传感器模块中的中央处理单元即CPU执行的软件指令，并且分配所述FRAM的另一部分用作所述CPU的工作存储器。6.一种无线传感器模块，其包括:耦合到铁电随机存取存储器即FRAM的中央处理单元即CPU，其中所述FRAM的一部分保存用于由所述CPU执行的软件指令，并且所述FRAM的另一部分被分配为用作所述CPU的工作存储器；耦合到所述CPU的传感器，其中所述CPU可操作以便收集传感器数据并以具有第一时间周期的周期性方式记录所收集的传感器数据到所述FRAM中；耦合到所述CPU的发射器，其中所述CPU可操作以便开始以具有第二时间周期的周期性方式经由无线电信道发送所记录的传感器数据的表象到远程接收器，其中所述第二时间周期比所述第一时间周期长；以及耦合到所述CPU、所述FRAM和所述发射器的功率管理模块，其中所述功率管理模块被配置为在传感器数据收集周期之间将所述传感器模块置于降低功率空闲模式，其中在所述空闲模式期间，所记录的传感器数据由所述FRAM保存。7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·梅纳，V·C·库玛，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：