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低功耗和电池寿命
本节介绍了利用XBee设备的节能功能所需了解的关键概念。它还提供了一个实验室，可让您将这些概念付诸实践并查看结果。
低功耗设备和电池寿命
无线连接的优点是设备不需要物理线进行通信，并且它们还使用电池代替市电交流电源。但是，电池寿命也可能是主要限制。根据设备的位置，更换电池可能很困难或昂贵。
XBee模块是低功耗设备。他们可以使自己进入暂时的睡眠状态，在此状态下，他们几乎不消耗任何电流。睡眠期间，设备几乎完全关闭，有时无法唤醒之前无法发送或接收数据。
真实场景
在许多现实世界中，延长电池寿命很重要。例如，如果您有多个温室，每个温室都将温度传感器连接到XBee模块，则电池寿命至关重要。充满电的电池只能为模块供电一天。
有几种方法可以最大程度地延长电池寿命。例如：
- 将模块置于一个周期，使其休眠一秒钟，然后唤醒一秒钟，然后再次休眠，可以将电池寿命延长两倍，达到两天。
- 循环睡眠59秒，然后醒来一秒钟，可以使相同的电池持续60天。更进一步，您可以潜在地延长电池寿命数年。
使用睡眠模式的应用程序的设计注意事项
在使用睡眠模式之前，您必须考虑项目的结构和XBee网络。某些应用（例如温室示例）特别适合于睡眠模式。在这种情况下，模块仅定期发送数据，而不会接收数据。因此，模块可以在大多数时间处于休眠状态，并且仅唤醒以发送温度值。
睡眠模式
XBee ZB终端设备支持三种不同的睡眠模式：
- 引脚睡眠（SM = 1）
- 循环睡眠（SM = 4）
- 带引脚唤醒的循环睡眠（SM = 5）
在这些睡眠模式之一中的终端设备当唤醒以检索缓冲数据时，每100毫秒轮询一次其父对象。当模块进入睡眠模式时：
- 模块将On / Sleep引脚（引脚13）置为无效（低电平）以指示模块正在进入睡眠模式。
- 如果启用了CTS硬件流控制，则模块将CTS引脚（引脚12）置为无效（高电平），以指示不应将串行数据发送到模块。
- 如果配置了关联引脚（引脚15），则将其驱动为低电平以避免使用电源点亮LED。
- Sleep_RQ引脚（引脚9）配置为下拉输入，以便外部设备可以将其驱动为高电平以唤醒模块（仅适用于SM = 1或SM = 5）。
- 该模块使所有其他引脚在睡眠期间保持不变，因此它们可以按照用户先前配置的方式运行。
当XBee从睡眠中唤醒时：
- 器件将On / Sleep引脚置为高电平，以指示其处于唤醒状态。
- 如果启用CTS硬件流控制，则CTS引脚将置为低电平（低电平），指示可以将串行数据发送到模块。
- 关联引脚恢复其先前配置的操作。
- 所有其他引脚均保持不变，因此它们可以按照用户先前配置的方式进行操作。
PIN脚睡眠
引脚休眠允许外部微控制器通过控制Sleep_RQ引脚（引脚9）来确定XBee何时休眠以及何时唤醒。通过将Sleep_RQ连接到3.3伏来使Sleep_RQ有效（高电平）时，模块将完成所有操作并进入低功耗状态。当Sleep_RQ引脚被拉低（低）时，模块唤醒。
通过将Sleep Mode（SM）参数设置为Pin Hibernate [1]来启用引脚休眠模式。
循环睡眠
循环睡眠允许模块在指定的时间内睡眠，并唤醒一小段时间以轮询其父代是否有任何缓冲的数据消息，然后再次返回睡眠状态。
通过将“睡眠模式”（SM）参数设置为4或5来启用循环睡眠模式。带引脚唤醒（SM = 5）的循环睡眠与循环睡眠模式（SM = 4）略有不同，可以使模块处于休眠状态。通过取消激活Sleep_RQ引脚来过早唤醒。
以下参数控制循环睡眠：
| 参数 |
Name |
描述 |
|---|---|---|
| SP |
循环睡眠期 |
配置模块的睡眠时间。 |
| SN |
循环睡眠周期数 |
配置睡眠时间乘数。 |
| ST |
入睡前的时间 |
定义返回循环睡眠之前模块的不活动时间段（在此期间不发送或接收任何数据）。如果XBee正在发送或接收消息，它将不会进入睡眠状态。 |
| SO |
睡眠选项 |
定义睡眠模式行为的选项：
0x02：始终唤醒整整ST时间。 0x04：启用扩展睡眠（完整SP * SN时间睡眠）。 |
按下“ 调试”按钮以唤醒睡眠设备30秒钟。
示例：启用睡眠模式
本示例向您展示如何延长XBee Zigbee模块的电池寿命。该示例使用套件中包含的所有三个模块来演示Zigbee网络如何在某些模块处于休眠状态时处理消息。
将其中一个模块配置为协调器，将其他两个模块配置为具有不同睡眠模式的终端设备。终端设备会定期将ADC的值发送到另一终端设备。由于接收器处于睡眠状态，因此协调器将存储其所有消息，并在唤醒后将其转发到目标模块。
步骤1：要求
对于此设置，您需要以下硬件和软件。
硬件
- 三个XBee Zigbee网格套件 模块
- 三个XBee Grove开发板
- 三根微型USB电缆
- 一台电脑
软件
步骤2：连接组件
首先，连接组件并启动XCTU。
- 将XBee模块插入XBee Grove开发板，然后使用提供的Micro USB电缆将它们连接到计算机。
- 将模块连接到计算机后，打开XCTU。
- 确保您处于“ 配置”工作模式。
步骤3：配置XBee模块
要在各个XBee模块之间无线传输数据，必须将它们配置为位于同一网络中。请记住，在Zigbee协议中，一台设备必须是协调器，其余设备可以是路由器或终端设备。在这种情况下，您将有两个终端设备配置为使用不同的睡眠模式进行睡眠：一个具有循环睡眠（XBee B），另一个具有pin睡眠（XBee C）。
当XBee C处于睡眠状态时，协调器负责存储从XBee B发送到XBee C的消息。一旦唤醒，它将转发消息。
-
使用“ 无线电配置”部分顶部的“ Load default firmware settings ”
按钮，恢复所有XBee模块的默认设置。
- 使用XCTU配置以下参数：
参数
XBee A
XBee B
XBee C
影响
ID
2015
2015
2015
定义要连接的无线电的网络。网络上的所有无线电必须相同。
JV
—
启用[1]
启用[1]
验证协调器是否在同一频道上存在，以加入网络或在找不到频道时退出。
CE
启用[1]
—
—
将设备设置为协调器。
DH
—
0013A200
—
定义要发送数据的目标地址（高位）。
DL
—
XBee C的SL
—
定义要发送数据的目标地址（下部）。使用地址0000000000000000来寻址协调器。
NI
协调
ED_CYCLIC
ED_PIN
定义节点标识符，这是模块的人性化名称。
NI的默认值为空白。更改值时，请确保删除空格。
AP
已启用API [1]
已启用API [1]
已启用API [1]
启用API操作模式。
SP
384
384
—
定义睡眠时间。384（十六进制）= 900（十进制）x 10毫秒= 9秒。
SM
—
循环睡眠[4]
Pin睡眠[1]
在XBee B上启用循环睡眠模式，并在XBee C（两个终端设备）上启用引脚休眠睡眠模式。
ST
—
7D0
—
定义睡眠前的不活动时间（未收到串行或RF数据）。
7D0（十六进制）= 2000（十进制）x 1 ms = 2秒。
SO
—
2
—
在整个期间保持模块处于唤醒状态。
D2 / D3
—
ADC [2]
—
在XBee B中将DIO2 / AD2或DIO3 / AD3引脚设置为ADC，具体取决于XBee模块是THT还是SMT。该引脚连接到电位计。
仅当XBee B是表面贴装（SMT）时，才将D2参数配置为ADC [2]。但是，如果XBee B是通孔（THT），则必须将D3参数配置为ADC [2]而不是D2。
IR
—
3E8
—
配置XBee B每秒发送IO样本（1000毫秒=十六进制的3E8）。
注意表中的破折号（—）表示保留默认值。请勿更改默认值。
3. 使用“无线电配置”部分顶部的“ 写入无线电设置”按钮，写入所有XBee模块的设置。
步骤4：睡眠
使用此配置，ED_CYCLIC每次唤醒时都会将电位计的值发送到ED_PIN。协调器存储所有发送到ED_PIN的D_CYCLIC样本，直到唤醒为止。要验证，请在XCTU中执行以下步骤：
- 选择ED_PIN模块（接收器）。
- 切换到控制台工作模式。
- 打开与模块的串行连接。
- 要请求模块进入睡眠状态，请单击控制台顶部的DTR单选按钮以将其禁用（请注意，CTS指示器也已禁用）。
该DTR引脚是相同Sleep_RQ针。禁用DTR选项时，模块进入睡眠状态；否则，模块进入睡眠状态。激活DTR后，模块将唤醒。
- 20秒钟左右后，激活DTR按钮。
- 检查模块是否接收到一系列IO样本（IO数据样本RX指示器）。
模块唤醒后，它将立即接收多个IO样本，而不是每秒接收一个（IR参数）。发生这种情况是因为协调器存储了ED_PIN在睡眠状态下无法接收的样本。ED_PIN唤醒后，协调器立即发送所有IO样本。
- 选择一帧并在右侧面板中检查其详细信息。出现电位器（DIO3_AD3）的值以及与框架有关的其他详细信息。
- 重复步骤4并旋转连接ED_CYCLIC的电路板的电位计。再等待20秒，然后检查到达的新数据包的DIO3_AD3引脚是否包含其他值。
- 如果使接收器模块（ED_PIN）保持唤醒状态，则ED_CYCLIC处于唤醒状态时，ED_PIN每秒接收一次IO采样（ST值是两秒钟）。之后，ED_CYCLIC进入睡眠状态达九秒钟（SP参数）。然后，循环再次开始。
注意完成示例后，请确保关闭与模块的串行连接。
步骤5：您学到了什么？
在本节中，您了解到：
- 具有Zigbee协议的模块以及其他模块可以进入临时睡眠状态，在这种状态下，它们几乎不消耗电流。在Zigbee中，只有配置为终端设备的模块可以进入睡眠状态。
- 当终端设备处于睡眠状态时，其父设备（允许终端设备加入网络的路由器或协调器）会缓冲其数据，直到超时（SP）超时或终端设备发送轮询请求以检索数据为止。
- 针脚9和13与睡眠模式有关。您可以使用引脚9来使模块进入睡眠状态，并使用引脚13来确定设备的睡眠状态。
- 当XBee处于睡眠模式时，没有数据发送或接收。如果您尝试在模块处于睡眠状态时与其通信，则XCTU会显示一条警告消息，指出必须将模块复位才能唤醒。
- 要配置模块进入睡眠状态，必须配置以下参数：
- 睡眠模式（SM）：
- 引脚休眠模式（SM = 1）将引脚9连接到3.3伏以拉高引脚以使模块进入休眠状态。当引脚9无效（低）时，模块将唤醒。
- 循环睡眠模式（SM = 4和SM = 5）使模块能够按固定的时间表睡眠和唤醒。这些模式需要配置ST和SP参数。
- 休眠之前的时间（ST）是在返回循环休眠之前没有发送或接收数据（模块处于唤醒状态）的时间段。此参数仅适用于周期性睡眠模式。
- 循环睡眠周期（SP）是XBee保持睡眠状态的时间长度。此参数仅适用于周期性睡眠模式。
- 睡眠模式（SM）：
步骤6：扩展示例
如果您准备超越本练习并扩展示例，请尝试以下操作：
- 将电池连接到ED_CYCLIC（XBee B），ED_PIN（XBee C）或两者，然后将模块从COORD（XBee A）移开。
- 将此功能与真实传感器结合使用可创建低功耗传感器网络。
