ZigBee TI ZStack CC2530 5.4 实例（二）终端设备低功耗与电池寿命02-实验

（配套源码、软件、开发板等资源，可移步博客同名QQ群：拿破仑ZigBee）

 

之前在网上看过一些关于如何配置终端设备，使其进入低功耗模式的，但大多讲的比较复杂，最后也没有明确的结果可以看得到的功耗是否真的降下来了。所以，我决定亲自做一下实验，并且写一篇有图有真相的博客，与大家分享~

上一节主要是关于ZigBee设备的低功耗相关理论的讲解。

本节将讲述如何对终端设备进行低功耗配置，以及使用Monsoon公司的Power Monitor软件实时测量终端设备的功耗和估算电池寿命。

 

一、实验目的

本次实验的目的是配置Z-Stack协议栈，让ZigBee终端设备可以进入低功耗模式。并且通过精密的仪器，给出“普通模式”下和“低功耗模式”下确切的规功耗情况。

二、实验准备

1、硬件准备

（1）Power Monitor仪器一台，如下图所示：

 

（2）ZigBee协调器一个，如下图所示：

（3）ZigBee终端设备一个（用的是上次中等规模组网实验的ZigBee模块），如下图所示；

（4）SmartRF04EB下载器一个；

（5）USB线（供电线）一根；

2、软件准备

（1）EW8051 8.10.3；

（2）SmartRF Flash Programmer 1.12.8；

（3）Power Tool 4.0.4.12，软件界面如下：

三、代码修改

1、选取模板工程

选取网盘分享的各个版本的源代码中任意一个都可以，并以此为基础进行本次实验。

2、ZigBee终端设备（EndDevice）修改

（1）选择终端设备

既然我们是要对终端设备进行配置修改，那么肯定就是在IAR软件界面上的Workspace位置选择EndDeviceEB，如下图所示：

（2）开启低功耗模式

之前在网上看的教程中讲的是要配置很多参数，但后来实际仔细分析过代码后发现，很多网上提及需要配置的地方Z-Stack协议栈中都是默认配置好了的，实际真正关键的、需要我们修改的地方只有一处，如下图所示：

将预编译选项中原本的“xPOWER_SAVING”前面的“x”去掉，修改为“POWER_SAVING”。这样，编译下载之后，终端设备即可自动进入低功耗模式！

（3）编写功能代码

我们实际关心的应该是终端设备在ZigBee网络中的功耗表现。为了直观地体现出ZigBee终端设备的在网状态，我们编写代码实现终端设备入网成功后，以2s为周期向ZigBee协调器发送测试数据。ProjectApp.c文件和user_api.c文件中的关键代码分别如下：

uint16 ProjectApp_ProcessEvent( uint8 task_id, uint16 events )
{
......
  if ( events & PROJECTAPP_SEND_MSG_EVT )
  {
    ProjectApp_SendUnicast16();
    return (events ^ PROJECTAPP_SEND_MSG_EVT);// return unprocessed events
  }
......
}

void user_state_change( afIncomingMSGPacket_t *pkt )
{
......
    if((devStates_t)(pkt->hdr.status) == DEV_END_DEVICE)
    {
      osal_start_reload_timer( ProjectApp_TaskID, PROJECTAPP_SEND_MSG_EVT, 2000);
    }
......
}

3、ZigBee协调器修改

（1）选择ZigBee协调器

按照上面同样的方法，在IAR软件界面上的Workspace位置选择CoordinatorEB即可。

（2）编写功能代码

ZigBee协调器收到数据后，只要将收到的数据通过串口打印出来即可。ProjectApp.c文件中的关键代码如下：

static void ProjectApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt )
{
  switch ( pkt->clusterId )
  {
    case PROJECTAPP_CLUSTERID:
      HalLedSet(HAL_LED_1,HAL_LED_MODE_TOGGLE);
      printf("%s",pkt->cmd.Data);
      break;
  }
}

四、实验验证

1、ZigBee协调器

（1）烧写固件

可以选择直接用Flash Programmer烧写hex文件，或者是在IAR中编译成功后直接下载。

（2）连接至Power Monitor

将ZigBee协调器上的核心模块连接至Power Monitor，如下图所示：

（3）功耗测试

测得其功耗情况如下图所示：

可见图中交点处的电流为27.371mA。

（4）连接至电脑

将烧好程序的ZigBee协调器模块从Power Monitor上取下，并插回ZB502底板。通过串口转USB连接到电脑，在电脑端运行串口调试助手。复位之后，可见串口调试助手界面如下图所示：

2、ZigBee终端设备

（1）普通模式测试

a、烧写固件

针对于没有做过任何更改的终端设备的程序，可以选择直接用Flash Programmer烧写hex文件，或者是在IAR中编译成功后直接下载。

b、连接至Power Monitor

将ZigBee终端设备连接至Power Monitor，如下图所示：

c、功耗测试

测得其功耗情况如下图所示：

 

可见图中交点处的电流为8.087mA。

以及软件估算得出： 3.3V且300mAh的电池在当前这种功耗的情况下，使用寿命约为32.44小时。

PS：有兴趣的朋友可以仔细分析上面这张图，里面包含了ZigBee终端设备入网的整个过程中的功耗情况！

 

d、ZigBee协调器情况

此时，我们通过串口调试助手可以看到，终端设备正在不断地向协调器发送数据。如下图所示：

由此可见，终端设备目前在ZigBee网络处于正常工作状态。

（2）低功耗模式测试

a、烧写固件

针对于开启了低功耗模式的终端设备的程序，可以选择直接用Flash Programmer烧写hex文件，或者是在IAR中编译成功后直接下载。

b、连接至Power Monitor

与前面相同。

c、功耗测试

测得其功耗情况如下图所示：

可见图中交点处的电流为0.011mA，即11uA。

以及软件估算得出：3.3V且300mAh的电池在当前这种功耗的情况下，使用寿命约为142.93小时！果然，进入低功耗模式后，电池寿命会大幅增长！尽管如此，但和实际产品开发中的要求还是有一定差距的，需要进一步降低功耗！

PS：有兴趣的朋友同样可以仔细分析上面这张图，里面包含了ZigBee终端设备入网的整个过程中的功耗情况！

d、ZigBee协调器情况

与ZigBee终端设备在普通模式下工作时，是完全一样的情况，此处就不再赘述~

e、补充

进一步测试：将OnBoard.c文件中的InitBoard()函数中的这行代码（在Z-Stack协议栈最原始的代码里，此处是用的HAL_KEY_INTERRUPT_DISABLE，后来实验中改为了HAL_KEY_INTERRUPT_ENABLE）：

    HalKeyConfig(HAL_KEY_INTERRUPT_ENABLE, OnBoard_KeyCallback);

修改成如下：

    HalKeyConfig(HAL_KEY_INTERRUPT_DISABLE, OnBoard_KeyCallback);

再测得ZigBee终端设备的功耗如下：

可见图中交点处的电流为0.014mA，即14uA。

以及软件估算得出：3.3V且300mAh的电池在当前这种功耗的情况下，使用寿命约为134.78小时。

PS：感兴趣的朋友可以对比一下这张图与前一张图之间的区别。

 

（配套源码、软件、开发板等资源，可移步博客同名QQ群：拿破仑ZigBee）