一. 引言
能耗對(duì)于電池供電的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大的問(wèn)題,一旦電能耗盡設(shè)備將“罷工”,在某些場(chǎng)合電能意味著電子產(chǎn)品的生命。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)有越來(lái)越多電池供電的設(shè)備通過(guò)無(wú)線通信連接,降低能耗再次擺在工程師的桌面上—解決它。不但具備空曠環(huán)境傳輸5km的超長(zhǎng)距離優(yōu)勢(shì),還將休眠能耗降低到極致(0.4uA,帶RTC為1.4uA)。我們是怎么做到的呢?接下來(lái),一步一步解密。
二. 硬件設(shè)計(jì)
1. 選用低功耗器件
終端MCU選用STM8L151C8T6,它屬于超低功耗,不帶RTC休眠為400nA,帶RTC下休眠為1.4uA。該MCU擁有較大的RAM(4KB)和自帶EEPROM(2KB),不用擴(kuò)展外部存儲(chǔ)設(shè)備,進(jìn)行一步降低功耗和成本。
終端射頻芯片選用SX1278,在休眠模式下,該芯片功耗低至忽略不計(jì)。
2. 盡可能快地讓射頻模塊休眠
SX1278屬于LoRa TM擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù),它的遠(yuǎn)距離優(yōu)勢(shì)得益于調(diào)制增益,不是靠增大發(fā)射功率(那將消耗更多電能)。該射頻芯片的電流消耗如下:休眠<0.2uA,空閑=1.6mA,接收=12mA,發(fā)射(最大功率)=120mA.
終端MCU通過(guò)“中斷+定時(shí)器超時(shí)”方式控制SX1278,一旦射頻完成發(fā)送或接收,立即進(jìn)入休眠模式。
第一:
雖然MCU是停機(jī)了,但是電路板還有其他的芯片在工作,它們?nèi)匀辉谙碾娏?,所以我們?cè)谕C(jī)前應(yīng)該要把其他芯片給關(guān)閉(可以通過(guò)特定的指令或者片選線)。條件好的可以直接用切斷它們的電源。
第二:
我是這樣理解的:進(jìn)入停機(jī)模式后,只是MCU中最耗電的內(nèi)核部分被關(guān)了,而所有寄存器和內(nèi)存中的值是保持不變的,所以它的外設(shè)還在消耗電量,所以我們要在停機(jī)之前把開啟的外設(shè)給關(guān)了。這里要注意一點(diǎn):外設(shè)開啟時(shí)是先開時(shí)鐘再設(shè)置寄存器,關(guān)閉時(shí)先清除寄存器再關(guān)閉時(shí)鐘。我是這樣理解的:操縱一個(gè)外設(shè)的寄存器肯定是需要時(shí)鐘的,如果我們先把時(shí)鐘給關(guān)了,那么還怎么操作寄存器呢,如果光關(guān)了時(shí)鐘,不清寄存器的相應(yīng)位,那么外設(shè)還處于“靜態(tài)耗電”的狀態(tài)。在研究低功耗的過(guò)程中,我被這個(gè)坑了好久。關(guān)于這一點(diǎn)的實(shí)例可以參考這篇博客:
http://blog.csdn.net/qq_25186745/article/details/52777375
第三:
關(guān)于IO口的電平,這個(gè)是非常重要的一點(diǎn),和之前提到的外設(shè)一樣,GPIO也是一種外設(shè),但是特殊的是,這個(gè)外設(shè)是和芯片外部直接打交道的,如果GPIO外部接了個(gè)上拉電阻,而你在停機(jī)之前設(shè)置的IO口是低電平的,那么電流不就通過(guò)電阻,流到IO口里來(lái)了,比如正常的說(shuō)接了個(gè)10k的上拉電阻,接到3.3v電壓上,那么電流就是330uA,這個(gè)值可不小呢,stm8l在停機(jī)時(shí)極限最小電流好像能達(dá)到0.4uA。那么你這個(gè)電路就是因?yàn)檫@個(gè)電阻,停機(jī)電流比別人大了將近800倍了,那么假如你的產(chǎn)品能待機(jī)1年,人家待機(jī)800年,這還怎么比?所以IO口是絕對(duì)不能被忽視的。stm8l芯片復(fù)位以后所有引腳都是浮空輸入模式,理論上懸浮空輸入時(shí)IO口的狀態(tài)為高阻態(tài)是最省電的,那么我們只要把所有IO都DeInit就可以了。但是事實(shí)上不是,我把沒有用到的管腳全部推挽輸出高電平或低電平,不用的外部晶振的引腳要改為上拉輸入才省電,外部有上拉下拉電阻的引腳分別推挽輸出高電平和低電平,一般電路中上拉電阻比較多(比如IIC的總線外部都有上拉的)。和外部芯片相連的引腳都推挽輸出低電平,因?yàn)橥獠啃酒瑪嚯姾笏幸_都是高阻態(tài)或接地的吧,如果你弄個(gè)高電平,就可能會(huì)有電流流過(guò)去。
但是。。但是。。。。但是。。。。。。不是所有STM8L系列的芯片GPIO都是一樣的。
比如
/ 所有端口輸出開漏,低電平
GPIO_Init(GPIOA, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOB, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOD, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOE, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOF, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
GPIO_Init(GPIOG, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Low_Slow);
或者
/ 所有端口輸出開漏,高電平
GPIO_Init(GPIOA, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOB, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOC, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOD, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOE, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOF, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
GPIO_Init(GPIOG, GPIO_Pin_All, GPIO_Mode_Out_OD_Hig_Slow);
或者是輸入上拉,輸入浮空。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。功耗是完全不一樣的
精品來(lái)了
經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的努力,終于把SX1278和STM8L的總體功耗降低為 1.4ua。是的,你沒有聽錯(cuò),1.4ua
模塊再發(fā)送的時(shí)候功耗在65ma--120ma
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史海拾趣
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