在物聯(lián)網(wǎng)與移動終端設(shè)計中，低功耗是延長設(shè)備續(xù)航的關(guān)鍵。本文通過實測數(shù)據(jù)與案例分析，深入解析低功耗技術(shù)的核心原理與實戰(zhàn)應(yīng)用，從硬件選型到軟件優(yōu)化，提供超詳盡的指南，助您打造節(jié)能高效的智能系統(tǒng)。

能拍、能說、能顯示、能聯(lián)網(wǎng)，Air8101主打多媒體場景的工業(yè)引擎，支持Wi-Fi/以太網(wǎng)/藍(lán)牙/外掛4G聯(lián)網(wǎng)，支持LuatOS二次開發(fā)。

適用于AIoT領(lǐng)域的多種應(yīng)用場景：例如喚醒詞檢測和語音命令識別、人臉檢測和識別、智能家居、智能控制面板、智能揚聲器、智能門鎖、智能門鈴等等。

Air8101支持三種功耗模式：

常規(guī)模式

低功耗模式

PSM+模式

本文將以Air8101核心板為例，帶你快速上手三種功耗模式。在實際應(yīng)用開發(fā)中，可根據(jù)具體需求靈活運用。

最新源碼及實操教程詳見：

https://docs.openluat.com/air8101/luatos/app/lowpower/sleep/

一、三種功耗模式簡介

低功耗是工業(yè)引擎最重要的特性之一，Air8101優(yōu)異的低功耗表現(xiàn)，既有硬件設(shè)計的加持，也有軟件協(xié)議算法的幫助。

三種功耗模式各有特點，可根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇。

1.1 常規(guī)模式

網(wǎng)絡(luò)在線狀態(tài)，隨時響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU滿頻運行，外設(shè)功能全部可用。比如，所有GPIO電平都可以控制。

1.2 低功耗模式

網(wǎng)絡(luò)在線狀態(tài)，隨時響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU降頻運行，可以通過軟件設(shè)置所需的GPIO在低功耗中保持電平，所有GPIO均支持。

1.3 PSM+模式

網(wǎng)絡(luò)離線狀態(tài)，無法響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU停止運行，可以通過軟件設(shè)置所需的GPIO在低功耗中保持電平，所有GPIO均支持。

Air8101實網(wǎng)功耗數(shù)據(jù)如下圖表：

更多說明：

低功耗模式下，網(wǎng)絡(luò)在線，隨時響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU 降頻運行，外設(shè)功能部分可用；3.3V供電，DTIM10的平均電流為380μA，DTIM1的平均電流為1.5mA。

DTIM10和DTIM1的核心區(qū)別有：

DTIM1不會丟失Wi-Fi AP路由器發(fā)送給Wi-Fi station的廣播幀和組播幀；DTIM10會丟失。

一般來說，Wi-Fi AP路由器發(fā)送Beacon幀的間隔是100毫秒，DTIM1最長延遲100毫秒可以收到Wi-Fi AP路由器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，DTIM10最長延遲1000毫秒可以收到Wi-Fi AP路由器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

丟失廣播幀和組播幀對產(chǎn)品應(yīng)用沒有什么影響，只要單播幀不丟失就行。

可以根據(jù)自己項目對功耗以及數(shù)據(jù)收發(fā)時延的要求，選擇合適的DTIM配置。

二、 主要硬件準(zhǔn)備

2.1 Air8101核心板

2.2 可調(diào)電源

功耗分析儀Air9000P——功能齊全、穩(wěn)定可靠、支持PC端軟件的小型手持式高精度功耗測試儀表（電流范圍0~2A，最小分辨率0.1μA；電壓范圍0~5V，最小分辨率1mV；硬件采樣率100KHz，PC 端軟件采樣率10KHz）。

功耗分析儀Air9000P對于小電流的抓取能力及其對功耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，尤其適合電池供電的動態(tài)功耗測試，可解決各類場景下的低功耗測試難題。

三、常規(guī)模式測試

顧名思義，常規(guī)模式為模塊不考慮功耗時處于的狀態(tài)。

3.1 代碼示例

1）mian.lua

打開常規(guī)模式，屏蔽另外兩種模式。

即：mian.lua 中打開 require "normal"這句話

注釋 -- require "low_power"

注釋 -- require "psm+_power"

2）tcp_client_main.lua

第20行和第21行，服務(wù)器IP端口號的地方，改成用戶自己使用的服務(wù)的IP/域名以及端口號。

如果僅作測試，也可以使用提供的測試服務(wù)器。

測試服務(wù)器相關(guān)資料詳見：

https://netlab.luatos.com/

3）normal.lua

常規(guī)模式主應(yīng)用功能模塊代碼如下圖示：

3.2 硬件連接

功耗測試時將可調(diào)電源正極接在vbat的排針處，gnd即為電源負(fù)極接的位置，核心板上的USB斷開，功耗測試開關(guān)撥到ON。

3.3 常規(guī)模式功耗測試結(jié)果

下圖為連接好服務(wù)器后5分鐘發(fā)一次心跳包，平均電流為6.6mA。

四、低功耗模式測試

該模式可以實現(xiàn)與服務(wù)器之間進(jìn)行長連接，服務(wù)器可隨時下發(fā)數(shù)據(jù)給客戶端，實現(xiàn)在低功耗情況下還能實時遠(yuǎn)程控制的功能。

4.1 代碼示例

1）mian.lua打開低功耗模式，屏蔽另外兩種模式。

即：

mian.lua中打開require "low_power" 這句話

注釋-- require "normal"

注釋-- require "psm+_power"

2）tcp_client_main.lua

第20行和第21行，服務(wù)器IP端口號的地方，改成用戶自己使用的服務(wù)的IP/域名以及端口號。

如果僅作測試，也可以使用提供的測試服務(wù)器。

測試服務(wù)器相關(guān)資料詳見：

https://netlab.luatos.com/

3）low_power.lua

低功耗模式主應(yīng)用功能模塊代碼如下圖示：

4.2 硬件連接

功耗測試時將可調(diào)電源正極接在vbat的排針處，gnd即為電源負(fù)極接的位置，核心板上的USB斷開，功耗測試開關(guān)撥到ON。

4.3 DTIM1測試結(jié)果

1）下圖為低功耗模式代碼在鏈接服務(wù)器并每5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)包的功耗，平均1.5mA。

圖中有兩種電流情況需要關(guān)注：

短暫持續(xù)的柱狀上升

這是鏈接平臺后向平臺發(fā)送數(shù)據(jù)時的電流表現(xiàn)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)弱會有差異，因為是跟平臺保持長連接的，信號好時，基本在1秒左右就會完成發(fā)送，功耗會再降回去。

瞬時的電流尖峰

這是在與Wi-Fi AP保持鏈接時，STA和AP之間的TIM信息交互，默認(rèn)100ms一次，獲取AP上的廣播幀、組播幀和單播幀信息。此處涉及一個參數(shù)，就是DTIM，默認(rèn)是DTIM1。

2）下圖是低功耗DTIM1模式下發(fā)送數(shù)據(jù)包時的電流情況，圖中可以看出，保持鏈接時發(fā)送數(shù)據(jù)包的時間共100毫秒，平均電流22mA。

4.4 DTIM10測試結(jié)果

體驗DTIM10時需要在DEMO中修改DTIM配置：wifi_app.lua

1）下圖為上面的低功耗模式代碼在鏈接服務(wù)器并每5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)包的功耗。平均380μA，將數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔拉的更長，功耗更低。

圖中的尖峰間隔因為設(shè)置DTIM10以后被延長到了1000ms一次，在DTIM10模式下，會丟失Wi-Fi AP的廣播幀和組播幀，但是不會丟失單播幀。

STA會告訴Wi-Fi AP：
我1000ms才來獲取一次單播幀，在1000ms后一次獲取。

請根據(jù)業(yè)務(wù)需要選擇DTIM10模式。

2）下圖為低功耗DTIM10模式下，發(fā)送心跳包時的功耗情況，只會產(chǎn)生細(xì)微的尖峰波動，耗時80毫秒，平均功耗23mA左右。

五、PSM+功耗模式測試

對于和服務(wù)器之間不需要保持長連接，僅僅需要間隔幾小時甚至幾天才發(fā)一次數(shù)據(jù)給服務(wù)器，希望電池待機(jī)時間更久一些的場景，可以使用第三種超低功耗PSM+模式。

5.1 代碼示例

1）mian.lua

打開低功耗模式，屏蔽另外兩種模式。

即：

mian.lua 中打開require "psm+_power" 這句話

注釋-- require "normal"

注釋-- require "low_power"

2）tcp_client_main.lua

第20行和第21行，服務(wù)器IP端口號的地方，改成用戶自己使用的服務(wù)的IP/域名以及端口號。

如果僅作測試，也可以使用提供的測試服務(wù)器。

測試服務(wù)器相關(guān)資料詳見：

https://netlab.luatos.com/

3）psm+_power.lua

PSM+超低功耗模式主應(yīng)用功能模塊代碼如下圖示：

5.2 硬件連接

功耗測試時將可調(diào)電源正極接在vbat的排針處，gnd即為電源負(fù)極接的位置，核心板上的USB斷開，功耗測試開關(guān)撥到ON。

5.3 PSM+模式功耗測試結(jié)果

1）下圖為進(jìn)入PSM+模式后不做任何動作的電流情況，平均13μA。

2）下圖為進(jìn)入PSM+模式后發(fā)送心跳包時的電流變化情況，從起來到發(fā)完信息到再進(jìn)入PSM+總共耗時3.2S，平均功耗26mA。

今天的內(nèi)容就分享到這里了~

審核編輯 黃宇