CC2530 zigebee 实现低功耗

​ZigBee网络低功耗运行一直是苦逼攻城狮们要解决的问题，TI的CC2530可以说已经把终端的休眠功耗降低到了极致，现在我们就来体验这颗芯片的魅力！文章末尾分享完整源码和PCB工程文件。

一、CC2530供电模式

CC2530芯片有五种运行模式，分别为主动模式、空闲模式、PM1、PM2和PM3。从参考手册上可以看到不同模式下的供电方式。

 

1. 主动模式是完全功能的运行模式，CPU、外设和RF 收发器都是活动的。数字稳压器是开启的

2. 空闲模式除了CPU内核停止运行外，其他和主动模式一样

3.PM1模式稳压器的数字部分开启。32MHz XOSC和 16MHz RCOSC都不运行。32kHz RCOSC或 32kHz XOSC运行。复位、外部中断或睡眠定时器过期时系统将转到主动模式

4.PM2模式稳压器的数字内核关闭。32MHz XOSC和 16MHz RCOSC都不运行。32kHz RCOSC或 32kHz XOSC运行。复位、外部中断或睡眠定时器过期时系统将转到主动模式

5.PM3模式稳压器的数字内核关闭。所有的振荡器都不运行。复位或外部中断时系统将转到主动模式

二、CC2530模式选择

PM1、PM2、PM3是低功耗运行模式，CC2530通过关闭不必要的部分和调整系统时钟来达到低功耗的效果。

在PM1模式下，高频振荡器(32MHz XOSC和16MHz RCOSC)是掉电的。稳压器和使能的32kHz振荡器是开启的。当进入PM1模式，就运行一个掉电序列。由于PM1使用的上电/掉电序列较快，等待唤醒事件的预期时间相对较短（小于3ms），就使用PM1。

PM2具有较低的功耗。在PM2下的上电复位时刻，外部中断、所选的32 kHz 振荡器和睡眠定时器外设是活动的。I/O引脚保留在进入PM2之前设置的I/O模式和输出值。所有其它内部电路是掉电的。稳压器也是关闭的。当进入PM2模式，就运行一个掉电序列。当使用睡眠定时器作为唤醒事件，并结合外部中断时，一般就会进入PM2模式。相比较PM1，当睡眠时间超过3ms 时，一般选择PM2。比起使用PM1，使用较少的睡眠时间不会降低系统功耗。

PM3用于获得最低功耗的运行模式。在PM3模式下，稳压器供电的所有内部电路都关闭（基本上是所有的数字模块，除了中断探测和POR电平传感）。内部稳压器和所有振荡器也都关闭。PM3模式可被外部中断和复位唤醒。

PM2模式其功耗是毫安级别的，多用于需要定时唤醒的场合，比如周期性地唤醒传感器来进行数据的采集，PM2模式可被睡眠定时器，外部中断和复位唤醒。PM3模式功耗最低，是微安级别的，多用于数据收发不频繁的场合。Z-STACK提供了两种低功耗运行模式，PM2和PM3。

 

三、CC2530低功耗代码设置

1.准备一份CC2530官方示例代码（也可使用本文已经修改好的代码），并打开

2.添加预编译项POWER_SAVING

ZigBee功耗主要是针对终端设备的，因此只需要修改终端设备代码即可，将IAR编译器的Workspace处选项改为EndDeviceEB，在项目名称上右键选择Options，如图添加预编译项POWER_SAVING来使能睡眠模式

 

3.修改f8wConfig.cfg文件

将以下参数修改（在文件的最后）

参数的作用代码中有注释，不过多解释了

-DRFD_RCVC_ALWAYS_ON=FALSE    //default True
-DPOLL_RATE=0   //default 1000
-DQUEUED_POLL_RATE=0    //default 100
-DRESPONSE_POLL_RATE=0  //default 100
-DREJOIN_POLL_RATE=0    //default 440

4.修改OnBoard.c文件

将函数InitBoard()改为如图所示

 

5.修改OSAL_PwrMgr.c文件

将函数osal_pwrmgr_init（）改为如图所示

 PWRMGR_BATTERY将允许HAL管理CPU进入SLEEP LITE或者SLEEP DEEP状态

6.周期性发送数据

每间隔3秒发送一次数据

void SampleApp_Send_P2P_Message( void )
{
    uint16 i = 0;
    uint8 data[10] = {0};
    uint16 father_short_addr = 0;
    uint16 myself_short_addr = 0;
    static uint8 count = 0;
    father_short_addr = NLME_GetCoordShortAddr();
    myself_short_addr = NLME_GetShortAddr();
    data[0] = ( father_short_addr >> 8 ) & 0xff;
    data[1] = father_short_addr & 0xff;
    data[2] = ( myself_short_addr >> 8 ) & 0xff;
    data[3] = myself_short_addr & 0xff;
    data[4] = count; 
    count++;
    if( AF_DataRequest( &SampleApp_P2P_DstAddr, &SampleApp_epDesc,
                        SAMPLEAPP_P2P_CLUSTERID,
                        5,
                        data,
                        &SampleApp_TransID,
                        AF_DISCV_ROUTE,
                        AF_DEFAULT_RADIUS ) == afStatus_SUCCESS )
    {
      HAL_TURN_ON_LED1();
      for (i=0; i<50400; i++) asm("NOP");
      HAL_TURN_OFF_LED1();
    }
    else
    {
        // Error occurred in request to send.
    }
}

 

四、实验现象

代码编译完成，通过CCDebugger将程序烧写到芯片里，打开协调器，然后给终端上电，协调器打印数据如下：

使用万用表测量，其休眠功耗为1.1uA 

 

使用电化学工作站测量其发送数据功耗，可以看出基本在12-18mA左右。

低功耗ZigBee协议栈 f8wConfig.cfg 文件配置介绍

1.  DPOLL_RATE是一个与数据轮询相关的宏定义，它通常用于设置端点（EndPoint）之间的数据轮询速率

(用于设置设备定期轮询其父设备以检查是否有数据要接收的频率。这个参数对于 Zigbee End Device 尤其重要，因为它们通常处于低功耗模式，并且需要定期唤醒以检查是否有待处理的数据。)

举例: 

-DPOLL_RATE=1000 // 1000，表示设备每秒轮询一次

-DPOLL_RATE=5000 // 每 5000 毫秒（5 秒）轮询一次

 2. DQUEUED_POLL_RATE 是 TI 的 Zigbee 协议栈（如 Z-Stack）中的一个配置参数，用于配置设备在轮询队列中消息的频率。具体来说，它用于设置 End Device 以固定的时间间隔向其 Parent Device 请求数据，这对于低功耗设备非常重要，以平衡功耗和数据通信的及时性。

举例: 

-DQUEUED_POLL_RATE=1000   //1000，表示设备每秒轮询一次

-DQUEUED_POLL_RATE=2000 // 每 2000 毫秒（2 秒）轮询一次

 3. DRESPONSE_POLL_RATE 是 TI 的 Zigbee 协议栈（如 Z-Stack）中的一个配置参数，用于设置设备在响应等待过程中轮询其父设备的频率。这个参数特别重要，当 End Device 发送一个请求并等待父设备的响应时，可以通过这个轮询频率检查是否有响应数据可接收。

举例: 

-DRESPONSE_POLL_RATE=100 //100，表示设备每 100 毫秒轮询一次。

-DRESPONSE_POLL_RATE=200 // 每 200 毫秒轮询一次

虽然 DRESPONSE_POLL_RATE 通常是在配置文件中定义的，但你也可以在代码中进行设置或调整。以下是一个简单的例子，展示如何在代码中设置轮询率：

#include "ZComDef.h"
#include "OSAL.h"
#include "ZMAC.h"
#include "ZDApp.h"

// 定义响应轮询率
#define MY_RESPONSE_POLL_RATE 200  // 每 200 毫秒轮询一次

void setResponsePollRate(uint16_t rate) {
    // 设置响应轮询率
    _NIB.nwkResponsePollRate = rate;
    ZMacSetPollRate(rate);
}

void main(void) {
    // 初始化硬件和协议栈
    osal_init_system();
    ZMacInit();
    ZDApp_Init();

    // 设置自定义响应轮询率
    setResponsePollRate(MY_RESPONSE_POLL_RATE);

    // 启动任务调度
    osal_start_system();  // 此函数不会返回，系统开始调度任务
}

4.DREJOIN_POLL_RATE 是 TI 的 Zigbee 协议栈（如 Z-Stack）中的一个配置参数，用于设置设备在重新加入网络期间轮询其父设备的频率。这个参数在设备失去网络连接后尝试重新加入网络时非常重要。

举例: 

-DREJOIN_POLL_RATE=1000 //1000，表示设备每秒轮询一次。

-DREJOIN_POLL_RATE=2000 // 每 2000 毫秒（2 秒）轮询一次

 

在实际应用中，选择合适的 DREJOIN_POLL_RATE 需要考虑以下因素：

• 重新加入网络的速度：如果应用需要快速重新加入网络，较短的轮询间隔更适合。
• 功耗：对于电池供电的设备，较长的轮询间隔可以延长电池寿命。
• 网络负载：频繁的轮询会增加网络负载，特别是在大型网络中需要权衡。

等级:

如果只是终端定时发送 可以进到PM3.

如果接收发送 只能进到PM2,因为接收需要长连接