ZigBee TI ZStack CC2530 5.3 实例（二）终端设备低功耗与电池寿命01-理论

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本节与下一节都将讲述关于ZigBee终端设备的低功耗。

本节主要讲解关于基于CC2530芯片的ZigBee技术的低功耗理论部分。

 

一、应用背景

无论是在智能家居，还是医疗，亦或是在工业控制等领域，“功耗”都是一个非常重要的问题。因为在很多实际情况下，设备只能使用电池供电，而不能使用220V交流电或24V直流电等方式给设备保持常供电。这个时候，低功耗技术就显得尤为重要。否则，频繁地更换电池会对人力和物力造成极大的浪费。

而“低功耗”正是ZigBee技术诸多重要特点及优势之一，因此ZigBee技术在很多领域都有着非常广泛的应用。

二、ZigBee基本概念回顾

讲到ZigBee技术的低功耗，在这里就不得不再重申一下一些ZigBee的基本概念了。ZigBee网络中有三种逻辑设备：协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端（EndDevice）。

协调器节点：是网络中的第一个设备。负责创建、维持和管理网络等，必须要由主电源常供电。

路由器节点：主要负责路由发现、消息传输、允许其他设备通过它加入网络等，一般也多采用主电源常供电。

终端节点：一般负责数据采集或控制功能，只能通过协调器或路由器加入网络，且其他设备不能通过它加入网络。因为它没有特定的维持网络结构的责任，所以可以睡眠或者唤醒，功耗较低，一般采用电池供电。

由此可见，ZigBee技术中真正的低功耗只是针对于终端设备而言的。而对于常供电的ZigBee协调器和ZigBee路由器，我们一般不去考虑它们的功耗。

PS：本文后面提到的“设备”，非特殊说明，均指“ZigBee终端设备”。

三、动态功耗与静态功耗

对于ZigBee终端设备来说，有的时候它是“有事可做”的，但更多的时候它其实是“无事可做”的！在这里，我们就把ZigBee终端设备在“有事可做”和“无事可做”两种不同情况下功耗，分别称为“动态功耗”和“静态功耗”。那么这样一来，ZigBee终端设备的功耗就主要是由“动态功耗”和“静态功耗”两部分组成的了。

这里我们以下一节中将会用到的一张图来简单说明：

上图是一个ZigBee终端设备在入网时及入网后的实时功耗图，可以看到如图所示的交点处的电流大小为8.087mA。

从图中可以看到有很多“毛刺”，其实在这个时候，ZigBee终端设备正在与其父节点交互，或者是正在采集传感数据等，这个时候的功耗就是我们所说的“动态功耗”；更多时候，甚至是90%以上的时间，它其实都是“无事可做”的，也就是图中所示的“平滑区”，这个时候的功耗就是我们所说的“静态功耗”。

由此可见，实际占主导地位的其实是“静态功耗”。

四、CC2530的休眠模式

如手册《CC253x User's Guide》 4.1 Power Management Introduction所述：

CC2530总共有5种工作模式，其中有3种是休眠模式，分别为PM1、PM2和PM3。

此外手册中还提到：虽然CC2530有三种不同的休眠模式，但Z-Stack协议栈中只用了其中两种。

协议栈中的代码也确实如此，只用到了PM2和PM3，分别称为TIMER_SLEEP（定时睡眠）模式和DEEP_SLEEP（深度睡眠）模式。

文档中还有如下说明：

由于DEEP_SLEEP（深度睡眠）模式必须要“复位（ 重启）”或者“外部中断”来唤醒，所以一般只适合用于需要按键这一类型的设备。如果不能产生外部中断，则一般使用PM2模式，也就是TIMER_SLEEP（定时睡眠）模式。

 

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