由： 马歇尔大脑

　　MICA2 Mote 使用 2 节 AA 电池为 CPU/无线电供电长达一年。查看更多 微尘图片.

　　照片由 弩弓技术公司您可能听说过一种称为 微 尘.这个概念也称为 智能粉尘 和 无线传感网络.在某一时刻，几乎每一期 科普, 发现 和 有线 今天包含关于微尘想法的一些新应用的简介。例如，军方计划使用它们来收集战场信息，工程师计划将它们混合到混凝土中，并用它们在内部监控建筑物和桥梁的健康状况。

　　微尘的使用方式有数千种，随着人们熟悉这个概念，他们会想出更多。它是分布式传感的全新范式，它开辟了一种看待计算机的迷人新方式。

　　在本文中，您将有机会了解微尘的工作原理，并了解该技术的许多可能应用。然后我们将看看一个 云母微尘 --你可以购买一种现有的技术来试验这种独特的感知世界的方式。

　　基本理念

　　MICA2DOT微尘通常由圆形“按钮”电池供电，不超过四分之一。

　　照片由 弩弓技术公司“微尘”概念创造了一种思考计算机的新方式，但基本思想非常简单：

　　微尘的核心是小型、低成本、低功耗 计算机.

　　计算机监视一个或多个 传感器.很容易想象各种传感器，包括温度、光、声音、位置、加速度、振动、应力、重量、压力、湿度等传感器。并非所有微尘应用都需要传感器，但传感应用非常普遍。

　　计算机通过 无线电链路.最常见的无线电链路允许微尘在 10 到 200 英尺(3 到 61 米)的距离内传输。功耗、尺寸和成本是实现长距离的障碍。由于微尘的基本概念是微小的尺寸(以及相关的微小成本)，因此小型和低功耗无线电是正常的。

　　微尘可以跑掉 电池，或者他们可以在某些应用中接入电网。随着微尘的尺寸和功耗的缩小，可以想象太阳能甚至异国情调的东西，比如 振动功率 以保持它们运行。

　　所有这些部件都包装在尽可能小的容器中。在未来，人们想象缩小微尘以适合一侧只有几毫米的东西。今天，包括电池和天线在内的微尘更常见的是一堆五或四分之五的大小，或一包香烟的大小。电池通常是目前包装中最大的部分。目前的批量微尘可能要花费大约 25 美元，但价格正在下降。

　　很难想象像微尘这样小而无害的事情会引发一场革命，但这正是他们所做的。我们将在下一节中介绍一些可能的应用。

　　典型应用

　　如果你调查文献中人们想到使用微尘的不同方式，你会发现各种各样的想法。这是从文章末尾的链接中挑选出来的集合。

　　可以将微尘视为单独的传感器。例如：

　　浇筑混凝土时，您可以将微尘嵌入桥梁中。微尘可以有一个传感器，可以检测混凝土中的盐浓度。然后，每个月一次，你可以驾驶一辆卡车越过桥，向桥上发射强大的磁场。磁场将允许埋在桥梁混凝土中的微尘通电并传输盐浓度。盐(可能来自除冰或海洋喷雾)会削弱混凝土并腐蚀加固混凝土的钢筋。盐传感器可以让桥梁维护人员判断盐造成的损害程度。嵌入桥梁混凝土中的其他可能的传感器可能会检测振动、应力、温度波动、开裂等，所有这些都可以帮助维护人员在问题变得严重之前发现问题。

　　您可以将传感器连接到可以监控机械状况的微尘 - 温度，转数，油位等。并将其记录在微尘的内存中。然后，当卡车驶过时，微尘可以传输所有记录的数据。这将允许在机器上保留详细的维护记录(例如，在油田中)，而无需维护人员自己测量所有这些参数。

　　您可以将微尘附加到附近的水表或功率计。微尘将记录客户的电力和水消耗。当卡车驶过时，微尘从卡车获得信号并发送数据。这将允许一个人非常轻松地读取附近的所有仪表，只需沿着街道行驶即可。

　　所有这些想法都很好;有些允许传感器移动到以前没有去过的地方(例如嵌入混凝土中)，而另一些则减少了单独读取传感器所需的时间。

　　然而，关于微尘的最大兴奋来自使用大量微尘与 彼此 和形式 自组网络.

　　自组网络

　　“规格”是一种单芯片微尘(隐藏在白蜡方块下)，尺寸约为 2mm x 2.5mm，具有类似 AVR 的 RISC 内核、3K 内存、8 位片上 ADC、FSK 无线电发射器、分页内存系统、通信协议加速器、寄存器窗口等等。

　　照片由 JLH实验室国防高级研究计划局(DARPA)是mote想法的原始赞助人之一。为DARPA实施的最初微尘想法之一允许微尘感知战场条件。

　　例如，假设指挥官希望能够检测偏远地区的卡车移动。一架飞机飞越该地区并散布数千个微尘，每个微尘都配备了磁力计，振动传感器和 全球定位系统接收器.电池供电的微尘以每 100 英尺(30 米)左右一个的密度掉落。每个微尘都会醒来，感知到它的位置，然后发出一个 无线电信号 找到它的邻居。

　　该地区的所有微尘都创建了一个可以收集数据的巨大无定形网络。数据通过网络漏斗并到达收集节点，该节点具有强大的无线电，能够传输数英里的信号。当敌方卡车驶过该区域时，检测到它的微尘会传输其位置和传感器读数。相邻的微尘拾取传输并将其转发给邻居，依此类推，直到信号到达收集节点并传输到指挥官。指挥官现在可以在屏幕上显示数据，并实时查看卡车在尘埃领域所遵循的路径。然后一个 遥控车辆 可以飞越卡车，确保它属于敌人并投下炸弹摧毁它。

　　这似乎是一个很大的麻烦，直到你意识到这些微尘所取代的系统。过去，指挥官用来阻止卡车或部队通过偏远地区的工具是 地雷.士兵们会用成千上万的反卡车或 杀伤人员地雷.任何穿过该地区的人 - 朋友或敌人 - 都会被炸毁。当然，另一个问题是，在冲突结束很久之后，地雷仍然活跃和致命 - 等待夺走任何路人的肢体甚至生命。据此 儿童基金会报告在过去30年中，地雷已造成100多万人死亡或致残，其中许多是儿童。有了微尘，战争后留下的是微小的、完全无害的传感器。由于微尘消耗的电量非常少，电池可以使用一两年。然后，微尘就会变得沉默，不会对附近的平民构成人身威胁。

　　这种自组织网络的概念 - 由数百或数千个相互通信并将数据从一个传递到另一个的微尘组成 - 非常强大。以下是该概念在起作用的几个示例：

　　想象一下，一个郊区社区或公寓大楼，其微尘可以监控水表和电表(如上一节所述)。由于典型邻域中的所有仪表(和微尘)彼此相距在 100 英尺(30 米)以内，因此附加的微尘可以在它们之间形成一个临时网络。在社区的一端是一个具有网络连接或手机链接的超级微尘。在这个想象的社区中，人们不必每个月驾驶卡车穿过社区来读取单个水表或电表——微尘将数据从一个传递到另一个，超级微尘传输它。如果需要，测量可以每小时或每天进行。

　　农民、葡萄园主或生态学家可以为微尘配备检测温度、湿度等的传感器，使每个微尘成为一个迷你气象站。这些微尘散布在田野、葡萄园或森林中，可以跟踪微气候。

　　建筑物经理可以将微尘连接到整个办公楼的每一根电线上。这些微尘将具有感应传感器来检测单个电线上的功耗，并让建筑物经理看到单个插座的功耗。如果建筑物中的功耗似乎很高，建筑物管理员可以将其跟踪到单个租户。虽然这可以用电线做，但用微尘它会便宜得多。

　　生物学家可以为濒临灭绝的动物配备一个项圈，项圈内装有微尘，可以感知位置、温度等。当动物四处移动时，微尘会收集和存储来自传感器的数据。在动物的环境中，生物学家可以放置带有数据收集微尘的区域或条带。当动物徘徊到其中一个区域时，项圈中的微尘会将其数据转储到该区域的自组网络，然后将其传输给生物学家。

　　在高速公路上每隔100英尺放置一次的微尘，并配备传感器来检测交通流量，可以帮助警方识别事故停止交通的地方。由于不需要电线，因此安装成本相对较低。

　　用于使Spec(如上图所示)活跃的工作台。

　　照片由 JLH实验室

　　典型的萌萌

　　“规范”位于上一代加州大学伯克利分校Motes(云母节点)之上。尺寸减小是惊人的。

　　照片由 JLH实验室云母 微尘是一种商用产品，已被研究人员和开发人员广泛使用。它具有微尘的所有典型特征，因此可以帮助您了解这项技术在今天成为可能。MICA微尘通过一家名为 弩.这些微尘有两种外形规格：

　　矩形尺寸为 2.25 x 1.25 x 0.25 英寸(5.7 x 3.18 x 64 厘米)，其尺寸适合安装在两节为其供电的 AA 电池顶部。

　　圆形，尺寸为 1.0 x 0.25 英寸(2.5 x .64 厘米)，尺寸适合安装在 3 伏纽扣电池的顶部。

　　MICA微尘使用运行在4兆赫兹的Atmel ATmega 128L处理器。128L 是 8 位 微控制器 有 128 KB 的板载 闪存 以存储微尘的程序。该CPU与原始IBM PC中的8088 CPU(大约1982年)一样强大。最大的区别在于，ATmega在运行时仅消耗8毫安，而在睡眠模式下仅消耗15微安。

　　这种低功耗使 MICA 微尘可以使用两节 AA 电池运行一年以上。典型的AA电池可以产生大约1，000毫安小时。在 8 毫安时，如果 ATmega 持续运行，它将运行约 120 小时。但是，程序员通常会编写他/她的代码，以便CPU大部分时间处于睡眠状态，从而大大延长电池寿命。例如，mote 可能会休眠 10 秒，唤醒并检查状态几微秒，然后重新进入睡眠状态。

　　“规范”位于上一代加州大学伯克利分校Motes(云母节点)之上的广阔视图。“规格”是中间凸起钻头顶部的小正方形。

　　照片由 JLH实验室

　　MICA微尘带有512KB的闪存来保存数据。它们还具有 10 位 A/D 转换器，因此传感器数据可以数字化。子卡上的单独传感器可以连接到微尘。可用的传感器包括温度、加速度、光、声音和磁性。先进的传感器，用于以下用途 全球定位系统 信号正在开发中。

　　MICA微尘的最后一个组成部分是 收音机.它的范围为数百英尺，每秒可传输约40，000比特。当它关闭时，收音机消耗不到一微安。接收数据时，它消耗 10 毫安。传输时，它消耗 25 毫安。节省无线电功率是延长电池寿命的关键。

　　所有这些硬件组件共同创建了一个 MICA 微尘。程序员编写软件来控制微尘并使其以某种方式执行。MICA微尘上的软件建立在 操作系统 叫 提尼操作系统.TinyOS很有帮助，因为它为您处理无线电和电源管理系统，并使为微尘编写软件变得更加容易。

　　未来

　　圆珠笔笔尖旁边的“规格”。2003 年 3 月，研究人员设法将微尘所需的所有部件塞进 单芯片每侧小于 3 毫米.总尺寸约为5平方毫米，这意味着您可以将十几个这样的芯片装在一分钱上。

　　该芯片包含微尘中的所有组件：CPU、存储器、用于读取传感器数据的 A/D 转换器和无线电发射器。要完成包装，请连接传感器、电池和天线。芯片量产时的成本将不到一美元。