低功耗无线传感器网络的实现过程探讨

功耗模式

根据处理需求，应用具有一组显著不同的预设工作模式。嵌入式单片机可利用其众多外设中的一个来采样来自周围环境的信号。在外设收集到一定数量的采样之前，单片机可能无其他事要做。那么单片机可能会在每次数据采样之间“休眠”或进入超低功耗待机模式。一旦应用程序读到了足够多的数据采样，单片机即可轻松切换至“全速运行”模式，此时单片机被唤醒并以最大工作速度运行。

单片机通常会接收到某种类型的唤醒事件，才会从各种低功耗模式退出。唤醒事件可由诸如I/O引脚电平翻转等外部激励信号或诸如定时器外设产生的中断事件等内部处理器活动触发。单片机所支持的具体功耗模式有所不同，但通常各种功耗模式总有一些共同点。典型的功耗模式如下：

●“始终运行”模式

●“休眠”或“待机”模式，此时保持对存储器供电

●“深睡”或“深度休眠”模式，此时存储器断电，以最大程度节省功耗 。

“始终运行”模式

“始终运行”模式嵌入式系统由持续供电且处于运行状态的器件构成。这些系统的平均功耗需求极有可能在亚毫安范围内，从而直接限制了单片机所能达到的处理性能。幸运的是，新一代嵌入式单片机具有动态控制其时钟切换频率的功能，因为在无需较高计算能力的情况下，有助于减少工作电流消耗。

待机模式

在“待机”模式下，系统工作或处于低功耗非活动模式。在这些系统中，工作和待机电流消耗都非常重要。在大多数待机模式系统中，由于保持对单片机存储器通电，虽然电流消耗显著减少，但仍可保持所有的内部状态及存储器内容。此外，可在数秒内唤醒单片机。通常，此类系统在大

多数时间处于低功耗模式，但仍需具备快速启动能力来捕捉外部或对时间要求极高的事件。保持对存储器的供电有助于保持软件参数完整性以及应用程序软件的当前状态。从功耗模式退出的典型启动时间通常在 5 -10 μs范围内。

深度休眠模式

在深度休眠或“深睡”模式系统中，系统全速运行或处于可大幅节省功耗的“深度休眠”模式。由于该模式通过完全关断嵌入式单片机内核（包括片上存储器）来最大程度节省能耗，因而尤为引人注目。由于在该模式下存储器断电，因此必须在进入深度休眠模式前将关键信息写入非易失性存储器。该模式使单片机的功耗降至绝对最小值，有时低至 20 nA。此外，唤醒单片机后需重新初始化所有存储器参数，这样会延长唤醒反应总时间。从该模式退出的典型启动时间通常在 200 - 300 μs范围内。

在这些超低功耗模式系统中，电池的寿命通常由电路中其他元件消耗的电流决定。因此，应注意不仅要关注单片机消耗的电流，而且要关注 PCB（印刷电路板）上其他元件消耗的电流。例如，可能的话，设计人员可使用陶瓷电容来替代钽电容，因为后者的漏电流通常较高。设计人员还可以决定在应用处于低功耗状态下给哪些其他电路供电。