无网通信技术

无线数传模块可以休眠吗?

  无线数传模块确实可以进入休眠状态。不同的无线数传模块通过不同的方式实现休眠功能,以降低功耗并延长电池寿命。

  例如,HAC-LM系列低功率无线数传模块支持低功耗休眠功能,电流消耗小于5uA,并可以通过JP1第8脚SLP(SLEEP)信号控制进入休眠状态。类似地,E73系列无线数传模块也支持深度休眠模式,当M1和M0引脚设置为特定值时,模块会进入低功耗的休眠状态。

  此外,WSN-03无线数传模块在SLP管脚出现低电平时进入休眠状态,而当SLP管脚出现高电平或NRST管脚出现低电平时,模块复位并重新上电。JZX891微功率无线数传模块同样具有休眠功能,用户可以通过硬件唤醒方式来控制模块的休眠状态。

  一、 无线数传模块休眠模式的技术原理

  无线数传模块的休眠模式技术原理主要通过控制模块的电流消耗和功能关闭来实现低功耗状态。以下是几种常见的无线数传模块休眠模式的技术原理:

  在硬件唤醒模式下,模块通过外部引脚(如SLP或SLE)控制休眠和唤醒状态。例如,WSN-02无线模块的休眠和唤醒由SLP管脚控制,平时该管脚为高电平,当SLP管脚出现低电平时(持续时间超过50ms),模块进入休眠状态。类似地,JZX873模块在硬件唤醒模式下,用户接口端子第1脚输入低电平,MCU约1ms内进入休眠状态。

  某些模块支持通过串口信号唤醒。例如,LM400TU模块在SLEEP引脚接低电平时进入深度休眠状态,通过WAKE引脚的下降沿唤醒模块或直接复位模块可使其重新进入正常模式。

  在空中唤醒模式下,模块可以在无线信号的触发下从休眠状态中被唤醒。例如,WSN-03无线模块具有三种省电模式,包括硬件唤醒、串口唤醒和空中唤醒模式,默认出货为硬件唤醒模式。

  定时休眠模式允许模块根据预设的时间周期自动进入休眠状态。例如,LM400TU模块在定时休眠模式下,根据配置的休眠时间进入低功耗状态,休眠时间到时自动唤醒并侦听空中是否有前导码,若无则继续休眠。

  在休眠状态下,模块的电流消耗极低。例如,WSN-02无线模块在休眠状态下电流小于5µA,而JZX891微功率无线数传模块在休眠后电流为10uA。

  在休眠模式下,模块会关闭大部分功能以节省功耗。例如,YL-800系列模块在休眠模式下不会监听串口数据,只有在无线唤醒后才会打开串口监听。

  二、 不同品牌无线数传模块休眠功能的对比

  不同品牌的无线数传模块在休眠功能上存在显著差异,这些差异主要体现在休眠模式的种类、功耗以及唤醒机制等方面。以下是几个品牌无线数传模块休眠功能的比较研究:

  1. BM200N微功率低功耗无线自组网模块

  休眠模式:BM200N模块提供了三种休眠模式:同步休眠、异步休眠和混合休眠。

  同步休眠:数据传输由集中器/网关控制,休眠时间片较短且灵活。

  异步休眠:数据传输由集中器/网关控制,休眠时间片更长,适合有周期性数据发送的场合。

  混合休眠:结合了同步和异步休眠的优点,适用于复杂的数据传输场合。

  应用场景:适用于温湿度传感器网络、无线抄表、智能楼宇等。

  2. LVM1-1278B-G1无线通信模块

  休眠电流:该模块具备低功耗休眠功能,休眠电流小于2.5uA。

  自动退出休眠:支持低功耗载波侦听协议,可以自动定时退出休眠以侦听空中数据,进行数据传输后自动休眠,方便应用于各种电池供电系统。

  3. E61高速型433M无线数传模块

  休眠模式:当无线模块处于休眠模式下(模式3),无线接收关闭,单片机处于休眠状态,此时整机功耗约几uA。

  快速休眠:模块在处理完当前模式事件后,在1ms内自动进入新的模式,从而节省MCU的工作时间,降低功耗。

  4. 基于CC2430的ZigBee无线数传模块

  休眠模式:该模块在休眠模式时仅消耗0.9μA的电流,待机模式时的电流消耗少于0.6μA。

  唤醒机制:可以通过外部中断或RTC唤醒系统。

  5. XBee®/XBee-PRO XTC RF模块

  多种睡眠模式:包括Pin Sleep、Serial Port Sleep和Cyclic Sleep。

  功耗范围:睡眠模式的功耗取决于所选模式,从2.5 µA到6.3 mA不等。

  唤醒机制:可以通过将SLEEP引脚设置为低电平来唤醒设备。

  6. LoRa模块E22-400T22D(SX1268)

  快速休眠:当模块从其他模式切换到休眠模式时,如果有数据尚未处理完毕,模块会将这些数据处理完毕后才能进入休眠模式。

  功耗节省:通过快速处理数据并进入休眠模式,从而节省MCU的工作时间和功耗。

  不同品牌的无线数传模块在休眠功能上各有特点。BM200N提供了多种灵活的休眠模式,适用于复杂的数据传输场合;LVM1-1278B-G1和E61模块则强调低功耗和快速响应;

  三、 无线数传模块进入休眠状态后的唤醒机制

  无线数传模块进入休眠状态后的唤醒机制可以通过多种方式实现,具体取决于模块的设计和应用场景。以下是几种常见的唤醒机制:

  1. 硬件引脚唤醒

  SLP管脚:当SLP管脚出现高电平(>10ms)时,模块从休眠状态唤醒。

  WAKE管脚:通过将WAKE管脚拉低或保持低电平,可以唤醒模块。例如,在ZM1268S模块中,当WAKE引脚接低电平时,模块进入深度休眠状态,通过WAKE引脚的下降沿唤醒模块。

  DTR管脚:在某些模块中,将DTR管脚拉低20ms也可以唤醒模块。

  2. 串口唤醒

  串口数据通信:在WSN-03模块中,用户可以通过向串行数据接口发送指定协议的数据来唤醒模块,模块收到数据10ms后即进入正常工作状态。

  AT命令:在FIBOCOM NL668-CN系列模块中,持续快速发送AT命令可以唤醒模块。

  3. 空中唤醒

  空中检测:在WSN-03模块中,模块处于间断性工作方式,当空中收到一定长度的唤醒数据时,10ms后模块进入正常接收状态。

  数据呼叫:在L216模块中,接收到语音或数据呼叫后,模块将退出休眠模式,并通过RING脚给出指示。

  4. USB唤醒

  USB操作:在FIBOCOM NL668-CN系列模块中,USB任意操作即可唤醒模块。

  USB suspend/resume功能:在Air780EG模块中,当HOST发起USB resume时,模块退出睡眠模式。

  5. 其他唤醒方式

  GPIO中断信号:在某些模块中,通过GPIO口给MDM中断信号也可以唤醒模块。

  特定协议帧:Sierra Wireless嵌入式模块通过发送特定的27.010协议帧来唤醒DTE。

  四、 无线数传模块休眠状态下对数据传输的影响

  无线数传模块在休眠状态下对数据传输的影响主要体现在以下几个方面:

  •   数据丢失和乱码:在低功耗和休眠模式下,串口数据丢失的概率较高。例如,在Low和Low_Sleep模式下,串口数据丢失的概率约为20%~30%,而将速率降至1k/10s可以将此概率降低至3%。此外,在休眠模式下(如High_Sleep、Middle_Sleep、Low_Sleep),由于波特率较低,串口收到的第一帧数据可能会出现乱码。
  •   数据传输中断:如果模块在发送或接收数据过程中进入休眠状态,发送或接收将被中止。例如,SPIx模块在发送/接收过程中进入休眠模式时,发送/接收将被中止,因为没有自动方式能防止SPIx模块进入休眠模式。同样,如果无线模块在发送数据时进入休眠状态,它不会继续尚未完成的传输。
  •   唤醒时间延迟:从休眠状态转为工作状态时,需要一定的延时。例如,JZX891微功率无线数传模块从休眠状态转为工作状态时,MCU需要延时60ms以上才能进行数据传输。HAC-LM系列模块从休眠状态转换为空闲状态也需要10ms的时间。
  •   通信延迟:休眠机制的选择会导致通信时延的增加。例如,在占空比较大的情况下,节点进入休眠和唤醒所消耗的能量大于节点空闲监听的能耗,导致通信延迟。
  •   功耗管理:虽然休眠模式可以减少功耗,但频繁的唤醒和休眠操作可能会增加总能耗。例如,在某些情况下,节点进入休眠和唤醒所消耗的能量大于节点空闲监听的能耗。

  无线数传模块在休眠状态下对数据传输的影响包括数据丢失、乱码、传输中断、唤醒时间延迟以及通信延迟等问题。

  五、 无线数传模块休眠功能的功耗节省效果?

  评估无线数传模块休眠功能的功耗节省效果可以从以下几个方面进行:

  •   休眠电流测量:首先,需要测量模块在休眠状态下的电流消耗。例如,HAC-uL3-A模块在休眠状态下电流消耗小于10uA,而ATC-871模块在休眠状态下电流为1uA。这些数据可以作为基准,用于比较不同模块或同一模块在不同配置下的功耗表现。
  •   休眠模式选择:不同的无线数传模块提供了多种休眠模式,用户可以根据需求选择合适的模式。例如,USR-C322模块提供了五种休眠模式,包括Active、Sleep、Deepsleep、Lpds和Hibernate模式,每种模式对应不同的唤醒方式和功耗水平。通过选择合适的休眠模式,可以在满足功能需求的前提下进一步降低功耗。
  •   休眠时间配置:模块的休眠时间配置也会影响功耗节省效果。例如,LM400TU模块会按照配置的休眠时间进入低功耗休眠状态,并在休眠时间到时自动唤醒。通过优化休眠时间配置,可以在保证通信可靠性的同时减少不必要的功耗。
  •   异步休眠模式:一些模块支持异步休眠模式,这种模式下模块会根据监听到的数据包进入休眠状态。例如,BM200N模块在异步休眠模式下消耗的电流为0.5uA。通过设置合适的“休眠时间片”和“监听时间片”的比值,可以计算出待机的平均功耗,从而优化功耗表现。
  •   实际应用场景测试:在实际应用场景中,通过实验测试来评估模块的功耗表现。例如,在WSN节点通信能耗模型的研究中,通过实验测试发现低功耗侦听状态下的节点功耗最低。这种实验测试可以帮助了解模块在实际使用中的功耗表现,并进行相应的优化。
  •   系统效率与功耗优化:除了模块本身的功耗优化外,还需要考虑整个系统的效率。例如,E70-433T30S模块可以通过模式切换快速进入休眠状态,从而节省MCU的工作时间并降低整体功耗。这种系统级的优化措施也是评估功耗节省效果的重要因素。

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