無線傳感器節點可通過縮減傳感器尺寸、簡化維護問題和延長電池續航時間而降低實施成本。事實上，如果把重點集中在無電池的設計上，將能實現更大的成本效益。 設計無電池設備的最好方法是通過用于通信和能量采集的低功耗藍牙（BLE）等技術來降低無線傳感器系統的平均功耗。 微型無線傳感器 圖1為微型無線傳感器的架構圖。該傳感器使用具有集成BLE射頻的微控制器（MCU）而創建，可以完全使用能量采集電源管理集成電路（IC??所提供的電源運行。 [圖1：微型無線傳感器使用具有集成BLE射頻的微控制器（MCU）而創建，經優化后僅用能量采集電源管理IC所提供的電源運行。圖中為完整的無線傳感器 -- CYALKIT-E02太陽能供電BLE傳感器參考設計套件（RDK）。] BLE的優化 為了做到只用能量采集IC所提供的電源運行，傳感器必須優化其BLE系統以降低功耗。首先，設計人員必須了解BLE子系統的詳情。接下來，需要編寫固件代碼以滿足每種運行/功率模式的要求。然后，設計人員必須分析實際功耗以確認各種假設來進一步提升系統的能效。 降低功耗技術的說明可參考賽普拉斯（Cypress）CYALKIT-E02太陽能供電BLE傳感器參考設計套件（RDK）。該RDK包含一個Cypress PSoC 4 BLE與S6AE10xA能量采集電源管理IC（PMIC）。 簡單、無功率優化的BLE設計要首先把BLE射頻配置為處于不可連接廣播模式的信標。BLE信標是每隔一定時間向外進行廣播的單向通信方法。它包含一些較小的數據包（30字節），而這些數據包構成一個廣播數據包發送出去。想信標被發現可在各類智能手機或計算機應用中推送消息、app操作及提示。 圖2顯示了廣播通道數據包格式的BLE鏈路層格式。BLE鏈路層擁有“Preamble”（前導碼）、“Access Address”（接入地址）、“Protocol Data Unit（PDU）”（協議數據單元）和“Cyclic Redundancy Code（CRC）”（循環冗余碼）。請注意，以下信息僅適用于廣播通道數據包格式，不含“數據通道數據包”。 ---“Preamble”必須設置為“10101010b” ---“Access Address”必須設置為 ---“10001110100010011011111011010110b（0x8E89BED6）” ---“PDU”包含“報頭”和“凈載荷” BLE信標的數據包結構屬于“凈載荷”中的“廣播數據”。 [圖2：廣播通道數據包格式的BLE鏈路層格式][圖3：BLE信標數據包格式] 表1列出了設置值 可以使用電壓和電流波形計算平均消耗電流以確定BLE設計的高效。圖4顯示了無功率優化設計的功耗結果。 [圖4：無功率優化的BLE設計的電流消耗] 平均電流約為5 mA，從啟動到待機的總功耗為34.76 mJ。為了做到使用環境能量運行，我們需要降低消耗電流。 通過優化固件實現低功耗 通過優化以下4個功能以降低BLE設計的平均電流消耗： 1、低功率啟動 2、深度睡眠 3、IMO時鐘設置 4、調試選擇 當系統處于低功耗模式時，則需要利用看門狗定時器（WDT）來喚醒系統。 低功率啟動 通電復位（POR）后，BLE系統通過調用不同組件的啟動功能對這些組件進行初始化。初始化時通過執行以下步驟實現低功耗運行： 1、在32.768-kHz watch晶體振蕩器（WCO）啟動時，關閉24-MHz外部晶體振蕩器（ECO）以降低功耗。 2、500 ms后（WCO啟動時間），啟用WDT以喚醒系統。 3、將MCU配置成在500 ms WCO啟動時間內處于深度睡眠模式。 4、WCO啟用后，重啟ECO以啟用BLE子系統（BLESS）接口。 5、把WCO置于低功耗模式，并將低頻時鐘（LFCLK）源從32‐kHz內部低速振蕩器（ILO）改為WCO。 6、啟用WDT以喚醒系統。 7、將MCU置于深度睡眠模式。 [圖5：低功耗啟動波形] 深度睡眠 用戶設計應管理系統時鐘、系統功率模式和BLESS功率模式，以實現BLE MCU的低功耗運行。 在BLE事件間隔期間，建議通過執行以下步驟實現深度睡眠： 1、關閉ECO以降低功耗。 2、1.5s后（BLE事件間隔），啟用WDT以喚醒系統。 3、將MCU置于深度睡眠模式。 4、1.5s后，重啟ECO以啟用BLE子系統（BLESS）接口。 5、發送BLE廣播數據。 6、從步驟1開始重復。 [圖6：深度睡眠波形圖] IMO 時鐘設置 3-MHz到48-MHz內部主振蕩器（IMO）是主要的內部時鐘源。IMO的默認頻率是48 MHz，可在3 MHz到48 MHz范圍內以1 MHz的步長調節。在默認的校準設置下，IMO與本例中RDK的公差為±2%。圖7顯示了改變IMO頻率后的總功耗示例。 [圖7：IMO DC規格和示例總功耗]