物聯(lián)網(wǎng)（IoT）正在將現(xiàn)實世界里的“模擬”事件轉換成網(wǎng)絡的行動和反應，連在網(wǎng)絡中的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點能夠監(jiān)測模擬事件，并且在需要報告的事件發(fā)生時，將其進行轉化后通過互聯(lián)網(wǎng)報告給應用程序，以完成相應的任務。其中最突出的物聯(lián)網(wǎng)應用類別是使用電池供電的傳感器，它們被放置在沒有電線的區(qū)域來監(jiān)測事件，并通過無線網(wǎng)絡與物聯(lián)網(wǎng)通信。大多數(shù)情況下，這些產(chǎn)品是始終開啟的、由電池操作的無線傳感器，支持無線協(xié)議、一個 MCU 和至少一個模擬傳感器。

面臨的挑戰(zhàn)是在單一電池或一次充電的情況下，如何將產(chǎn)品足以感知環(huán)境的續(xù)航時間最大化。該挑戰(zhàn)可細化為以下方面：

根據(jù)應用程序要求，勝任實時感知任務；

完成傳感器測量，同時盡可能少地使用能源；

保持“周期性工作”MCU外圍設備，并讓CPU內核盡可能多地處于睡眠狀態(tài)。

在這種應用中，很多MCU的典型做法是喚醒MCU內核然后使用各種外設去完成傳感器測量（圖1）。當有事件（例如開門）需要報告時，MCU 進行了報告并返回至其周期性工作規(guī)律流程中。這將消耗大量電能，且不能使電池巡航時間最大化，因為運行的“整個 MCU”中，包括很多外圍設備和無關內核運轉都在消耗電能。

實際上，這種方法很可能導致較差的客戶體驗：客戶將設備置于其環(huán)境中，將其設置在網(wǎng)絡上并啟用，但幾個月之后，設備就因為較差的電池電源管理能力而停止工作。

圖 1：CPU 在每次測量中都進行查詢并保持活躍，從而導致較高電能消耗。

物聯(lián)網(wǎng)應用理想的電池供電、無線傳感器節(jié)點解決方案

最佳解決方案將應對以上所述挑戰(zhàn)中的每一個方面，可在電池一次充電的情況下將產(chǎn)品完成環(huán)境感測的工作時間最大化。

考慮到以上情況，電池供電的物聯(lián)網(wǎng)傳感器設備應提供：

自主而節(jié)能的傳感器管理和測量系統(tǒng)；

可對每個傳感器進行獨立配置的傳感器輸入/輸出、閾值和配置；

低功耗、可配置的邏輯引擎，僅當絕對需要時才會喚醒 MCU；

用以為多次測量提供緩存的低功耗內存，并延長 CPU 喚醒間隔時間；

低無線功耗。

Silicon Labs Gecko低功耗傳感器接口（LESENSE）

幾年前，Silicon Labs 就預見到電池供電的無線傳感器應用的重要性。自此，我們對低能耗的無線、MCU 和傳感器技術進行了大規(guī)模的投入。我們的Gecko MCU具有節(jié)能型的架構，并提供幾種關鍵系統(tǒng)，使其能更有效率地運作，其續(xù)航時間也長于其他 MCU。

Gecko和Wireless Gecko （以下合稱“Gecko MCU”）使用低功耗傳感器接口（LESENSE）、外圍設備反射系統(tǒng)（PRS）和其他低功耗技術，可以在極低的功耗水平下運作，而同時內核與 MCU的大部分仍處于深度睡眠模式。

本文提供了 LESENSE 的簡要概述。外設反射系統(tǒng)（PRS）可使外圍設備沒有內核的干預仍能夠周期性的工作，PRS 在節(jié)能方面的優(yōu)勢也很重要，這一點將在文末引用的其他資源中進行論述。上述特性結合其他特性就可以節(jié)省很多電能。

對于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)的要求

Gecko LESENSE詳情

LESENSE是高度可配置傳感器接口和系統(tǒng)，可自主連續(xù)管理并監(jiān)控最多 16 個電阻性、電容性或電感性傳感器，并同時保持芯片整體處于深度睡眠模式，且內核（CPU）始終保持關閉。

LESENSE包括一個定序器、一個計數(shù)和比較器單元、一個可配置譯碼器，以及用于配置設置和測量結果存儲的 RAM。

定序器可以操作低頻振蕩器，并通過 PRS 處理與其他外圍設備的相互作用，并可為傳感器的工作周期和測量定時。

計數(shù)和比較器單元對來自定序器的脈沖進行計數(shù)，并將信息與可配置閾值進行對比。

譯碼器/狀態(tài)機接收傳感器測量，并根據(jù)最多 16 種可配置狀態(tài)和相關動作采取行動。

LESENSE可配置傳感器閾值

當外部事件超過傳感器閾值時才喚醒 CPU 并不是一個革命性的概念。本質上，它會將恒定的MCU 工作周期從圖 1 中移至單個事件；當模擬事件超過給定閾值時，MCU 蘇醒并執(zhí)行各種行動。

但是，LESENSE 與之不同之處在于，它提供了一個完整的傳感器系統(tǒng)，以便管理并監(jiān)控傳感器以及相關的外圍設備，而不需要 CPU 的參與，MCU 參與度也為最低。這就是 LESENSE 的基本概念，而附加功能還進一步拓展了概念。

LESENSE也在不喚醒CPU 的情況下對數(shù)量可配置的閾值事件進行緩沖。這使得系統(tǒng)能夠在一段較長的時間段內監(jiān)控外部事件。LESENSE 通過自主周期性采集所需的外圍設備塊（如模擬比較器、低頻振蕩器和傳感器本身），以便完成傳感器測量，而 CPU 則保持在深度睡眠模式。

在以下概念圖中，LESENSE 被配置為允許傳感器 1 超過其可配置閾值兩次之后才喚醒CPU。

圖 2：每個啟用 LESENSE 的傳感器輸入/輸出均為獨立且可配置的。

LESENSE也提供附加功能，以管理并監(jiān)控最多 16 個具有唯一閾值的不同傳感器。在使用內置低功耗狀態(tài)機（譯碼器）時，LESENSE 可在發(fā)送中斷喚醒 CPU 之前評估幾項事件。

在圖 3 中，LESENSE 對傳感器 2 的事件 1、2 和 3 的測量信息進行緩沖，并在喚醒核心之前將這些信息與傳感器 1 的事件 1 和 2 的測量數(shù)據(jù)相結合。這個簡單的使用實例采用LESENSE 的單獨配置傳感器、低功耗內存和低功耗狀態(tài)機。

圖 3：在 CPU 中斷之前，多個傳感器及唯一配置支持多個事件。

傳感器節(jié)點從LESENSE緩沖測量中重新校準

由于很多傳感器系統(tǒng)在各種不同的環(huán)境條件下實施，必須能夠在諸如溫度、濕度、電源電壓、透氣性和連接性等參數(shù)不斷變化的情況下進行可靠的操作。

LESENSE的緩存功能可使 CPU 在被喚醒時重新校準自身多項讀數(shù)。這樣可避免隨著情況的變化發(fā)生多次重復校準的事件，進一步節(jié)約能源并提供更大的系統(tǒng)校準樣本集。

總結

LESENSE可使Gecko MCU和無線 MCU監(jiān)控電阻性、電容性、電感性（和 IR）傳感器，同時使能耗較高的內核和大部分MCU 保持深度睡眠模式。LESENSE 能夠監(jiān)控最多 16 個使用小于 1 μA 的傳感器并提供可配置的閾值，并提供了可對多個事件進行緩沖的RAM，以及用于可配置喚醒中斷的狀態(tài)機。