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受限物联网设备的节能技巧
星星科技指导员 • 来源：embedded • 作者：Fabian Kochem • 2023-02-01 10:27 • 62次阅读
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随着物联网作为一个行业的成熟，很明显，大多数用例将涉及电池供电的设备，这带来了一系列独特的挑战。多达70%的物联网项目可能属于这一类，它们蓬勃发展的机会将完全取决于延长设备寿命的节能策略。

节能是一个难题


节能需要许多奇怪的部分，必须单独仔细调整，然后协调在一起以创建一个整体。它需要采用端到端方法来规划和开发能源优化解决方案。从一开始，就必须为用例制定非常详细的计划，并为一些关键问题制定明确的答案。

这些是每个开发人员在采取任何行动之前应该问的关键问题：

用例是什么？

设备需要持续多长时间？一周，一个月，一年，十年？

数据会丢失吗？是否需要重新传输？

数据需要多久传输一次？

有效载荷有多大？

电池的最大物理尺寸是多少？

是否可以利用充电机制（例如，太阳能或手动电池交换）？

每个用例都是独一无二的，可以根据上述答案调整无数的排列，但有几个一般建议应该适用于几乎任何物联网项目。

以下是最重要的建议：

一切都从物联网项目的硬件设置开始。在微控制器（MCU）级别，硬件应几乎完全满足用例的要求。显然，功率不足的硬件设置不起作用，但功能过大的硬件意味着更高的成本以及浪费的能源。伟大是好的敌人，所以不要超支或购买硬件，因为它很划算。几个好的MCU可能是STM32或ESP32，但这完全取决于用例。

建议尽可能将CPU / MCU置于深度睡眠模式。大多数现代MCU已经支持深度睡眠模式，但仔细检查所选组件是否支持它很重要。

同样在硬件方面，使用NB-IoT或LTE-M的蜂窝调制解调器支持释放辅助指示（RAI）、电源安全模式（PSM）和扩展不连续接收（eDRX）也很重要。请注意，这些可能并非在所有国家/地区或通过所有运营商提供，因此请务必检查每个推出方案。在能源优化方面，NB-IoT通常被推荐超过其他承载，但对于移动产品，LTE-M可能是更好的选择。

谈到固件，尤其是操作系统，是否有不需要在后台运行的进程或线程？确保上面没有任何东西会缓慢而肯定地耗尽电池电量。要找出哪些进程可以禁用，请查看正在运行的进程的完整列表并研究每个进程的用途。如果用例不需要它，请将其关闭。

还需要考虑固件的业务逻辑。通过查看传感器值并确定发送频率来优化数据处理非常重要。区分从源记录传感器值的频率，以及将这些测量值发送到云系统的频率。通常不需要同时录制或发送它们，因此一个好的调整是经常录制它们，在本地缓冲并批量发送以减少无线电广播时间。或者仅发送值的平均值。

尝试在发送之前压缩消息负载。与其一遍又一遍地发送冗长而明确的 JSON 对象，不如将数据压缩为二进制格式来节省能源。一个很好的例子是二进制转换语言 （BCL），它使用一个模板来指示如何将 JSON 转换为二进制，反之亦然。当然，云端点在收到数据时必须解压数据才能获取原始消息。

在构建能源优化产品时，优化的数据传输协议中有一些选择可以产生很大的不同：Protobuf代替JSON，CoAP代替MQTT，NB-IoT代替LTE。

在开发过程中，必须进行测量，然后再次测量。创建一个科学的环境来进行测试，确保其可重复性。尝试将条件设置为尽可能接近真实场景。如果可能，请使用最终硬件，而不是开发工具包。

显然，构建能源优化的物联网产品需要做很多工作，并且需要一定的心态来防止它成为事后的想法。优化必须从一开始就考虑在项目中，从硬件到固件再到与云的连接的每一层。这可能是一个痛苦，但对能源优化的关注是物联网项目的真正成败决定。