無線傳感器節(jié)點(diǎn)可通過縮減傳感器尺寸、簡化維護(hù)問題和延長電池續(xù)航時(shí)間而降低實(shí)施成本。事實(shí)上，如果把重點(diǎn)集中在無電池的設(shè)計(jì)上，將能實(shí)現(xiàn)更大的成本效益。
設(shè)計(jì)無電池設(shè)備的最好方法是通過用于通信和能量采集的低功耗藍(lán)牙(BLE)等技術(shù)來降低無線傳感器系統(tǒng)的平均功耗。
圖1為微型無線傳感器的架構(gòu)圖。該傳感器使用具有集成BLE射頻的微控制器(MCU)而創(chuàng)建，可以完全使用能量采集電源管理集成電路(IC)所提供的電源運(yùn)行。
[圖1 | 微型無線傳感器使用具有集成BLE射頻的微控制器(MCU)而創(chuàng)建，經(jīng)優(yōu)化后僅用能量采集電源管理IC所提供的電源運(yùn)行。圖中為完整的無線傳感器 -- CYALKIT-E02太陽能供電BLE傳感器參考設(shè)計(jì)套件(RDK)。]
為了做到只用能量采集IC所提供的電源運(yùn)行，傳感器必須優(yōu)化其BLE系統(tǒng)以降低功耗。首先，設(shè)計(jì)人員必須了解BLE子系統(tǒng)的詳情。接下來，需要編寫固件代碼以滿足每種運(yùn)行/功率模式的要求。然后，設(shè)計(jì)人員必須分析實(shí)際功耗以確認(rèn)各種假設(shè)來進(jìn)一步提升系統(tǒng)的能效。
降低功耗技術(shù)的說明可參考賽普拉斯(Cypress) CYALKIT-E02太陽能供電BLE傳感器參考設(shè)計(jì)套件(RDK)。該RDK包含一個(gè)Cypress PSoC 4 BLE與S6AE10xA能量采集電源管理IC(PMIC)。
簡單、無功率優(yōu)化的BLE設(shè)計(jì)要首先把BLE射頻配置為處于不可連接廣播模式的信標(biāo)。BLE信標(biāo)是每隔一定時(shí)間向外進(jìn)行廣播的單向通信方法。它包含一些較小的數(shù)據(jù)包(30字節(jié))，而這些數(shù)據(jù)包構(gòu)成一個(gè)廣播數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。想信標(biāo)被發(fā)現(xiàn)可在各類智能手機(jī)或計(jì)算機(jī)應(yīng)用中推送消息、app操作及提示。
圖2顯示了廣播通道數(shù)據(jù)包格式的BLE鏈路層格式。BLE鏈路層擁有“Preamble”(前導(dǎo)碼)、“Access Address”(接入地址)、“Protocol Data Unit(PDU)”(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)和“Cyclic Redundancy Code(CRC)”(循環(huán)冗余碼)。請(qǐng)注意，以下信息僅適用于廣播通道數(shù)據(jù)包格式，不含“數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)包”。
? “Preamble”必須設(shè)置為“10101010b”
? “Access Address”必須設(shè)置為“10001110100010011011111011010110b(0x8E89BED6)”
? “PDU”包含“報(bào)頭”和“凈載荷”
BLE信標(biāo)的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)屬于“凈載荷”中的“廣播數(shù)據(jù)”。
[圖2 | 廣播通道數(shù)據(jù)包格式的BLE鏈路層格式]
[圖3 | BLE信標(biāo)數(shù)據(jù)包格式]
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