电池供电无线IoT装置设计，看这篇就够了

型，如何进行设计以及选择什么样的MCU均会影响最终可以节省的能量与成本多寡。

例如，芯科实验室(Silicon Labs)的RD-0030-0201 ZigBee接触式感测器参考设计可用于监测大门或窗户等入口。主要的感测器是以簧片开关来检测附近磁体的存在，并确定入口是否开启或者关闭。一旦磁场达到某一阈值时，感测器假定入口状态已经改变，因而启动无线通知循环。

入口进出事件的次数虽然影响电池寿命，但是当测量涵盖多个入口事件时，这些次数本身并非很大的影响因素，如图2所示。

图2：接触式感测器电池寿命

然而，如果簧片开关被长时间保持在某一个特定状态(开启或关闭)，而且在电池供应之间构成极低的阻抗电路，那么它可能影响电池寿命。为了避免这种情况，Silicon Labs开发的参考设计在簧片开关处于开启或者关闭时，电池供应之间具有千欧姆级(kilo-ohms)的阻抗，因此簧片开关的状态在电池选择时可以忽略不计。换句话说，大门感测器可以保持开启或关闭状态多日，但对电池寿命影响极小。

MCU的选择也会造成感测器节点功耗的差异。RD-0039-0201 ZigBee电容式感应调光开关参考设计是用于控制基于ZigBee的LED照明节点。这个设计是电池供电的，使用ZigBee使其得以放置在任何平坦的表面上，实现完全无线的灯控。它还采用了电容式感测器以检测使用者的实体接触，进而回应特定的光控命令。

参考设计采用小型、低容量的CR2032电池。为了节约能量，设计采用了Silicon Labs低成本、高能效的8位元EFM8SB1 MCU来实现触控感应能力。该电路设计运行在1uA以下，可以为光控命令(例如开、关或者亮度控制)检测多个触控点和手势。

而且，这些电容事件采用相对缓慢、毫秒级的工作周期率进行监视，因为相对于大多数MCU的能力而言，人们已经习惯于相对缓慢的人机介面回应。这样可以节省电池电量又不牺牲可用性。

当你为产品设计考虑所需达到的电池使用寿命时，所有的这些因素都应该加以考虑。

调整MCU轮询频率节省能量却不对使用者产生影响：MCU电容事件采用相对缓慢、毫秒工作周期率进行监视，因为相对于大多数MCU能力而言，人们已经习惯于相对缓慢的人机介面回应。这样可以节省电池电量又不牺牲可用性。

设计中的空间限制和储存能量

一旦将影响电池寿命的目标市场和电子元件纳入考虑之后，接下来要讨论不同的电池选项。一般情况下，更小尺寸的电池比更大尺寸的电池拥有更少的储存能力，通常以每小时毫安培(mAh)计。此外，电池的化学成份也影响其成本以及其储存效益。

例如1.5V的AA和AAA硷性电池，具有非常低成本以及高储存性能的优点；但是，它们的尺寸大、容易产生高漏电损耗，通常仅限于手持装置使用，例如电视机遥控器等。此外，大多数的消费产品中通常需要两个硷性电池以实现最小3V的供电。

而像CR2或CR123A等锂电池的尺寸较小，重量也比硷性电池轻，但具有较高的成本；因此，这些电池仅用于需要小尺寸和低漏电损耗的设计，例如安全感测器。

至于更小的钮扣型电池，例如CR2032，在容量尺寸方面较高效，而且比硷性电池表现出更好的低漏损率。然而，考量其容量不到两节AAA电池容量的四分之一，这些钮扣电池主要用于极低功耗而最佳化的设计中。表2提供了这些电池之间差异性比较。

表2：各类电池比较

结论

在纳入以上这些设计考虑因素后，最大的好处就是低成本IoT感测器有能力为既定目标市场提供更长的电池寿命。此外，在仔细评估文中介绍的设计考虑因素后，也有助于产品设计人员有效的在低成本电池上实现可靠运行的小尺寸产品。

例如，Silicon Labs提供的一系列IoT参考设计降低了设计的复杂性，并且为特定应用最佳化电池使用寿命，例如门/窗感测器(RD-0030-0201)和电容检测调光器开关(RD-0039-0201)。RD-0030-0201 ZigBee接触式感测器参考设计可在单个CR2032供电条件下可运行长达五年，而RD-0039-0201 ZigBee电容式感应调光开关参考设计比一般电池供电的消费类遥控器具有更长的使用寿命。

获得较长电池寿命的一部份贡献可归功于低休眠电流的EM3587 ZigBee Pro收发器，以及高效率唤醒和发送资料的能力。该特殊设计配置大约每分钟提供一次状态更新，而这也使得电池使用量得以降至最低。

从参考设计开启能耗节省之路

透过仔细评估本文中介绍的设计考虑因素，产品设计人员可以有效的在低成本电池上实现可靠运行的小尺寸产品。

例如，Silicon Labs提供一系列IoT参考设计，不仅降低了设计的复杂性，并且为特定应用最佳化电池使用寿命，例如门/窗感测器(RD-0030-0201)和