在物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)終端設(shè)計(jì)中，低功耗是延長(zhǎng)設(shè)備續(xù)航的關(guān)鍵。本文通過實(shí)測(cè)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(shí)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(chǎng)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(chǎng)景：例如喚醒詞檢測(cè)和語(yǔ)音命令識(shí)別、人臉檢測(cè)和識(shí)別、智能家居、智能控制面板、智能揚(yáng)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(shí)際應(yīng)用開發(fā)中，可根據(jù)具體需求靈活運(yùn)用。

最新源碼及實(shí)操教程詳見：

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

一、三種功耗模式簡(jiǎn)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(jì)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(diǎn)，可根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇。

1.1 常規(guī)模式

網(wǎng)絡(luò)在線狀態(tài)，隨時(shí)響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU滿頻運(yùn)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(shí)響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU降頻運(yùn)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(wú)法響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU停止運(yùn)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(shí)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(shí)響應(yīng)服務(wù)器命令，CPU 降頻運(yùn)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(huì)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(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(xiàng)目對(duì)功耗以及數(shù)據(jù)收發(fā)時(shí)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(cè)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(duì)于小電流的抓取能力及其對(duì)功耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，尤其適合電池供電的動(dòng)態(tài)功耗測(cè)試，可解決各類場(chǎng)景下的低功耗測(cè)試難題。

三、常規(guī)模式測(cè)試

顧名思義，常規(guī)模式為模塊不考慮功耗時(shí)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(hào)的地方，改成用戶自己使用的服務(wù)的IP/域名以及端口號(hào)。

如果僅作測(cè)試，也可以使用提供的測(cè)試服務(wù)器。

測(cè)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(cè)試時(shí)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(cè)試開關(guān)撥到ON。

3.3 常規(guī)模式功耗測(cè)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(cè)試

該模式可以實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器之間進(jìn)行長(zhǎng)連接，服務(wù)器可隨時(shí)下發(fā)數(shù)據(jù)給客戶端，實(shí)現(xiàn)在低功耗情況下還能實(shí)時(shí)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(hào)的地方，改成用戶自己使用的服務(wù)的IP/域名以及端口號(hào)。

如果僅作測(cè)試，也可以使用提供的測(cè)試服務(wù)器。

測(cè)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(cè)試時(shí)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(cè)試開關(guān)撥到ON。

4.3 DTIM1測(cè)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(tái)后向平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的電流表現(xiàn)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)強(qiáng)弱會(huì)有差異，因?yàn)槭歉脚_(tái)保持長(zhǎng)連接的，信號(hào)好時(shí)，基本在1秒左右就會(huì)完成發(fā)送，功耗會(huì)再降回去。

瞬時(shí)的電流尖峰

這是在與Wi-Fi AP保持鏈接時(shí)，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(gè)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(shí)的電流情況，圖中可以看出，保持鏈接時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)包的時(shí)間共100毫秒，平均電流22mA。

4.4 DTIM10測(cè)試結(jié)果

體驗(yàn)DTIM10時(shí)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(zhǎng)，功耗更低。

圖中的尖峰間隔因?yàn)樵O(shè)置DTIM10以后被延長(zhǎng)到了1000ms一次，在DTIM10模式下，會(huì)丟失Wi-Fi AP的廣播幀和組播幀，但是不會(huì)丟失單播幀。

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

請(qǐng)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(shí)的功耗情況，只會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的尖峰波動(dòng)，耗時(shí)80毫秒，平均功耗23mA左右。

五、PSM+功耗模式測(cè)試

對(duì)于和服務(wù)器之間不需要保持長(zhǎng)連接，僅僅需要間隔幾小時(shí)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(shí)間更久一些的場(chǎng)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(hào)的地方，改成用戶自己使用的服務(wù)的IP/域名以及端口號(hào)。

如果僅作測(cè)試，也可以使用提供的測(cè)試服務(wù)器。

測(cè)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(cè)試時(shí)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(cè)試開關(guān)撥到ON。

5.3 PSM+模式功耗測(cè)試結(jié)果

1）下圖為進(jìn)入PSM+模式后不做任何動(dòng)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(shí)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(shí)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