最大程度地延长无线家庭自动化系统中的电池寿命

通信协议
管理通信协议的软件堆栈可能影响电池寿命。虽然ZigBee正在成为许多应用领域中的常用标准，但实施这种堆栈需要大量代码。代码尺寸变大导致处理器、收发器或两者不得不承担更多代码开销。显然这会缩短电池寿命。
PopNet和SNAP等替代方案具有较少代码。许多最终用户称这是实施ZigBee的主要障碍。Wi-Fi是另一个有吸引力的选择，因为它是现有基础设施中任何具备现有无线网络的楼宇都能提供的。不过，Wi-Fi的协议堆栈比ZigBee更大。这会带来更多计算和通信开销，从而增加功耗（估计Wi-Fi功耗是ZigBee的两倍）。
通信协议的系统分割也需要考虑。在典型系统中，微控制器（或类似器件）管理软件堆栈，无线电单元执行物理通信。如果设计人员仅增加这些元件的工作功耗，则可能失之偏颇。一些发射机(例如ADI公司的ADF7023)无需唤醒微控制器便可实施部分软件堆栈管理协议。这意味着微控制器可在休眠模式下保持更长时间，从而降低系统的整体平均功耗。另外，目前一些无线电IC已经嵌入了唤醒定时器，能够自行唤醒，而不依赖微控制器激活。微控制器则可保持休眠模式，直至无线电单元决定需要执行某些通信或计算。
选择无线电发射机时，需要考虑许多参数。如果用户不受特定协议限制，例如ZigBee（工作于2.4 GHz ISM频段），则RF频段的选择具有重大影响。在相同传输输出功率下，低频比高频发射得更远。也就是说，在相同距离上，低频可在比高频更低的输出功率下发射。具体视环境和其他因素而定，但根据经验，433 MHz ISM频段的工作范围是900 MHz ISM频段的两倍。
RF接收机的灵敏度会影响发射机需要的输出功率。因此，必须尽可能使用低灵敏度的接收机。这样，发射机便可在尽可能低的功率水平下发射。
表面上看这只是简单的计算。接收机上的接收信号强度指示器(RSSI)功能可用于测量从发射机接收的信号的强度。还可开发专用算法，向发射机反馈信息，指示输出功率可以降低多少，以便在维持无误差通信的前提下最大程度地降低输出功率，优化电池寿命。
遗憾的是，以上考虑尚不全面。ISM频段的噪声一向较高，相邻通道间的干扰会影响接收机的可用灵敏度。因此要计算可用灵敏度，还应考虑相邻通道的阻塞性能。
为了强调这一点，试举一例，如图3所示。现在考虑使用两种不同的接收机接收强度为-80 dBm的信号。接收机A灵敏度为-101 dBm，相邻通道阻塞为34 dBm。接收机B灵敏度为-95 dBm，相邻通道阻塞为48 dBm。表面上看，接收机A是正确选择，它可以接收低至-101 dBm的信号，低于接收机B的-95 dBm。

图3 相邻通道阻塞

但现在假设目标通道的相邻通道内有-40 dB的干扰信号。这只是ISM频段无线传输中的典型值。接收机的可用灵敏度按（相邻通道干扰幅度-接收机阻塞能力）计算。
(1)接收机A的相邻通道阻塞规格为34 dBm。因此它只能将干扰信号衰减34 dBm，即从-40 dBm衰减至-74 dBm。
(2)接收机B的相邻通道阻塞规格为48 dBm。它可以将干扰信号衰减48 dBm，即从-40 dBm衰减至-88 dBm。
由此看出，接收机A的灵敏度规格为-101 dBm，在相邻通道无干扰的理想情况下良好。但在现实示例中，由于相邻通道干扰过大，它无法接收低于-74 dBm的任何信号。另一方面，接收机B可在-88 dBm的灵敏度下工作，事实上更适合该系统。这样就可以在开发软件算法时考虑上述条件，以通知发射机优化发射输出功率，实现这一性能。
收发器跳频是优化功耗的另一方式。在干扰信号多的高噪声环境中，发射机可能需要提升输出功率来克服高噪声相邻器件，确保发射的数据无毁损。然而，如果发射机可以在频段内自由漫游，则可以通过扫描寻找最安静的位置，以便在该频率下以更低的功率水平发射。许多ISM频段收发器IC都集成了跳频能力。
细抠每一纳安的功耗并非无线家庭自动化系统的真正任务。如同工程设计领域的其他问题一样，最终还要做出一系列权衡。本文介绍了一些良好做法供系统设计人员参考，当然，实际设计中还必须考虑成本因素。