如何开发微型太阳能无线传感器节点

　　无线传感器节点可通过缩减传感器尺寸、简化维护问题和延长电池续航时间而降低实施成本。事实上，如果把重点集中在无电池的设计上，将能实现更大的成本效益。

　　设计无电池设备的最好方法是通过用于通信和能量采集的低功耗蓝牙(BLE)等技术来降低无线传感器系统的平均功耗。

       图1为微型无线传感器的架构图。该传感器使用具有集成BLE射频的微控制器(MCU)而创建，可以完全使用能量采集电源管理集成电路(IC)所提供的电源运行。

　　[图1 | 微型无线传感器使用具有集成BLE射频的微控制器(MCU)而创建，经优化后仅用能量采集电源管理IC所提供的电源运行。图中为完整的无线传感器 -- CYALKIT-E02太阳能供电BLE传感器参考设计套件(RDK)。]

BLE的优化

　　为了做到只用能量采集IC所提供的电源运行，传感器必须优化其BLE系统以降低功耗。首先，设计人员必须了解BLE子系统的详情。接下来，需要编写固件代码以满足每种运行/功率模式的要求。然后，设计人员必须分析实际功耗以确认各种假设来进一步提升系统的能效。

　　降低功耗技术的说明可参考赛普拉斯(Cypress) CYALKIT-E02太阳能供电BLE传感器参考设计套件(RDK)。该RDK包含一个Cypress PSoC 4 BLE与S6AE10xA能量采集电源管理IC(PMIC)。

　　简单、无功率优化的BLE设计要首先把BLE射频配置为处于不可连接广播模式的信标。BLE信标是每隔一定时间向外进行广播的单向通信方法。它包含一些较小的数据包(30字节)，而这些数据包构成一个广播数据包发送出去。想信标被发现可在各类智能手机或计算机应用中推送消息、app操作及提示。

　　图2显示了广播通道数据包格式的BLE链路层格式。BLE链路层拥有“Preamble”(前导码)、“Access Address”(接入地址)、“Protocol Data Unit(PDU)”(协议数据单元)和“Cyclic Redundancy Code(CRC)”(循环冗余码)。请注意，以下信息仅适用于广播通道数据包格式，不含“数据通道数据包”。

　　Ÿ “Preamble”必须设置为“10101010b”

　　Ÿ “Access Address”必须设置为“10001110100010011011111011010110b(0x8E89BED6)”

　　Ÿ “PDU”包含“报头”和“净载荷”

　　BLE信标的数据包结构属于“净载荷”中的“广播数据”。

　　[图2 | 广播通道数据包格式的BLE链路层格式]

　　[图3 | BLE信标数据包格式]