传感器网络(由多个无线传感器模块组成，其中每个无线传感器模块又由传感器、控制器、收发器、电池和天线组成)的飞速进步正在产生最初的商业应用，其主要的发展方向是硬件小型化、操作系统软件的微型化和更低的功耗水平。

一些行业专家把这些模块称之为集成的片上无线电。它们在包含数个或更多节点的大型网络内起智能节点的作用。传感器网络的应用潜力无可限量，一旦克服了某些技术难题，它们将成为我们正常生活中的一个必要组成部分。

现在，每天都遇到这些技术挑战，包括设计功耗非常小而性价比好的传感器网络节点、选用正确的调制解调方案、获得正确的传感器传输频段、更好理解硅片上的RF发射机理、以及设计出正确的通讯协议。

消费电子市场正在经历一个无线传感器应用大量涌入的时期，仅仅从摄像移动电话的爆炸性增长就可以看到这个变化。再加上诸如膝上电脑、笔记本、PDA、DVD播放器及数码摄象机这些消费电子产品，无线传感器应用的巨大潜力正在变得越来越明显。

“不远的将来，从建筑物和家庭自动化系统的安全与生物检测、工业控制、污染监测到农业，无线传感器网络将会出现在商业市场的各个角落。”无线通讯系统的知名专家Avaak公司的首席技术官Bar-Giora Goldberg解释说。

传感器可以测量现实世界中诸如压力、温度、热量、流量、力、振动、加速度、位置、震动、力矩、张力、运动、湿度及图像等许多变量。尽管许多传感器一般看作是微机电系统(MEMS)，但其它许多传感器的应用已经数十年之久。传感器仅仅是更复杂传感网络系统的一个元件而已，如果不与RF数据发送电路协同工作，就无法在无线网络环境中工作。另外传感器还必须遵守正确的通讯协议才能工作。

英特尔公司的科学家与伯克利加利福尼亚大学的研究人员一起，完成了一个叫做“微粒”的研究项目。那些微粒，即电池供电的独立计算机具有数个可互相通讯和交换数据的无线电链路，好像自己组织到一个特殊网络中一样。这些微粒即构成了无线传感器网络的积木块。

英特尔公司微粒项目的研究团队在寻求创建一个可交付高集成度、低功率、小尺寸产品的全新设计平台。内容包括模块软硬件设计、系统电源管理、低成本、高产出潜力等。

应有尽有的应用

有些公司提供包括软硬件在内的整套交钥匙传感器网络解决方案。而有些其它公司则提供传感器芯片、电源、控制器和收发器的某些组合产品。也有很多公司提供专业化的RF传输链路服务。

这些公司包括Avaak、Chipcon、Crossbow、Intel、Maxim、Melexis、Microchip、Millennial Net、RF Micro Devices及Xemics。因具体应用而异，每个传感器网络结点的总成本从50美元到100美元不等，可望在两年内其价格降到25美元。

无线传感技术的出现使曾经不可能的应用变为可能，即免去了工厂车间数英里长的大电缆，也可以实现不可及场所的信号监测。例如在施工起重机顶上设置一个这样的传感器，即可以免去容易扭伤而失效的长电缆。

在另一个应用中，电动机上的传感器常常用来测量纺纱调速轮的张力，一个典型的情形是这些电动机的集电环常常产生噪声和偏差，会干扰和搞乱仪表的读数，直接在调速轮上安装一个无线传感器，即可避免由传输而导致的偏差。

工厂车间的无线传感器网络可帮助跟踪加工过程和库存。在医疗领域可用于诊断成像、药物投放和患者监视应用。在家庭和建筑自动化中，无线传感器网络可用来监视安全系统、能量管理系统、家用电器和娱乐系统。

一个特别热门的应用是自动遥测应用。最新的应用包括环境监测、航空、航海和陆上交通自动化。

传感器也擅长在汽车工业领域发挥作用，可以应用于轮胎压力监视系统(TPMSs)。目前，传感器制造商正在努力减低TPMS结点的单位成本，研制制造出消耗极小功率的高性价比系统(图1)。按照美国国家公路运输及安全管理局(NHTSA)颁布的运输工具召回强化、责任与备案法令，美国汽车制造商必须至少在去年10%的上市新车上安装TPMS，在2006年这个数字将达到65%。

图1：FREESCALE半导的MPXY8000汽车轮胎压力监测系统。

汽车制造商可以选择将传感器安装在现有的防锁刹车系统顶部而实现一个间接的轮胎压力监视手段。该方法成本低，但不如直接TOMS精确。后者一直受到汽车制造商及一些传感器制造商的青睐。这些传感器制造商正在研制生产兼容一般通讯协议，特别是ZigBee协议的传感器产品。

传感器制造商正竭尽全力使TPMS模块适合于目前的轮胎结构。一种解决方案是将模块安装在轮胎的阀杆组件，Infineon(英飞凌)已经研制生产出一些产品(图2)。

图2：英飞凌制造的汽车轮胎压力监测系统可以安装在常规的轮胎阀杆内。

现在，用节能型高速无线传感器网络来进行民用建筑应力监测也成为可能。例如，Microstrain在佛蒙特州的一座重载桥梁上安装了一套该公司研制的系统，将位移传感器安装在钢梁上用来测量静态和动态应力，并通过无线网络来采集数据。该无线系统可以保留在桥梁上用于长期监测桥梁是否处于正常受控状态。(图3)

图3：无线传感器用于长期测量诸如建筑物和桥梁等民用工程的应力和张力。

无处不在的图像传感器

现在，从消费产品、医疗领域到安全系统及环境监视，到处都可以看见图像传感器。得益于其多功能特性，图像传感器代表着整个传感器市场增长最快的部分。由于具有低功耗、高分辨率和低成本的优点，半导体图像传感器正迅速渗透到很多应用中。

谁在制造这些成像器？Kodak(柯达)、Micron、Mitsubishi(三菱)、OmniVision、Philips(飞利浦)、Samsung(三星电子)、Sanyo(三洋电子)、SmaL、STMicroelectronics、Toshiba America Electronic Components Inc(东芝美国电子器件公司)和Zarlink半导体名列其中。

Avaak公司的Bar-Giora Goldberg补充道：“视觉传感的引入给市场方程式增加一个全新的维度。这样的传感器网络可以改善过程控制、生产流程、库存管理、资产跟踪和识别方面的生产率和收益率。在商业市场其应用数不胜数，通过集成、更小的工艺尺寸和板上图像处理，可以期望性能和价格会有持续的改进。

大部分图像传感器都采用CMOS工艺制造，就历史而言一直不如电荷耦合器件(CCD)传感器精确。但是变化正在发生，CMOS图像传感器的像素密度现在已接近5百万像素，而且这个数字还将继续上升。

Agilent Technologies(安捷伦)最近公布了一款5×5×1mm的CMOS彩色图像传感器，根据该公司的介绍，该款HDJD-S72QR999产品是目前市场上最小的CMOS彩色图像传感器。这个5-V的器件集成了彩色滤波器、发光二极管阵列和增益选择电路。

但不要就此认为CCD图像传感器还处于停滞不前的状态。在今年的国际固态集成电路会议(ISSCC)上，来自三洋公司的科学家展示了一款1/4.5英寸、310万像素的帧转换CCD，其单像素大小仅有1.56 μm。这是迄今最小的尺寸，可用于移动图像应用。

医学成像经常依靠用来定期监测血糖水平的小巧植入胶囊。这样一个器件不仅可以在血糖水平异常时通知患者，还可以通过编程实现药物投放。

一个可以成像的特殊发送器芯片与精巧设计的超低功率无线技术结合，就可以实现可用于一个胃肠道诊断的微型吞服摄像胶囊(图4)。这个半导体摄像机由Zarlink半导体公司制造。患者吞下维C片大小的成像胶囊后，胶囊经过食道、胃和小肠时就可将图象广播出来。胶囊由一个摄象机、LED、电池、特制芯片和天线组成。

图4：ZarLink研制的半导体摄象机置于维C片大小的PillCam成像胶囊中用于胃肠研究。

家庭环境也是无线传感器网络颇有应用前途的领域。视频监测监视解决方案提供商Avaak提供一个只有1立方英寸大小的自治产品(图5)。这个微型的无线视频平台包含有一节电池、无线电、摄像象机、(彩色成像器加镜头)、控制器、天线和温度传感器。

图5：一个Avaak公司提供的、完整的视频-摄象无线传感交钥匙解决方案。装在仅1.3英寸大小的结点中，应用目标是家庭安全监视。

连接所有的东西

目前，我们还处在无线传感器网络成熟的边缘。传感器、收发器、电池和控制器技术的不断创新和通讯协议及拓扑的改一定会不断增加无线传感器网络的潜力。

有一天，像太阳能这样的电源将会免去电池和充电器、电源监测和调节控制电路。无论数据取自那里?D医疗、工业、汽车、消费器具、小配件及地震应用?D无线传感器网络将会在我们的生活中无处不在。现在，设计人员开始改进天线以获得最佳传感器网络性能。设计师们认识到要增强传感器网络的容量、频段、降低其功耗和提高其可靠性，这个至关重要的器件还有很长的路要走。多种技术的结合有助于减轻多径、遮蔽和衰减效应。像解决大多数传感器所面临的问题一样，MEMS技术也正好能解决天线的问题。NASA约翰格伦研究中心已经研制出采用MEMS开关(图6)的MEMS印刷电路天线。这些RF开关比使用印刷电路部件的微波天线具有更好的线性，消耗更少的功率。

图6：图示片状天线上两个独立MEMS激励器可以用来改变工作频率。当两个激励器关闭时，工作频率约为25.0GHz。当其中一个激励器工作时，工作频率约为24.8GHz。两个激励器都工作时，工作频率约为26.6GHz.

另一个可预期的趋势是像微尘大小的传感器将成为标准。Crossbow科技已经开发出称之为灵巧微粒的微型传感器，可用于检测从光到振动的所有事物。这些配有计算机芯片、电池和无线电的传感器可以互相传递信息，将信息送到主计算机。该公司开发的灵巧网络正在进行偏远地区森林防火应急召唤应用试验。

加利福尼亚大学圣迭戈实验室和桑迪亚国家实验室等许多实验室也正在研究灵巧微粒传感技术。由于有某些化学制品存在时化学传感器会改变色彩和模式，因此应用于家庭安全、工业及医疗领域将会是非常有效的。