設計與能量收集源一起使用的ZigBee應用程序帶來了許多挑戰(zhàn)。使用最困難的收割機之一是自供電開關，因為產生的能量很少。利用超低功耗的Jennic JN5148微控制器，可以設計一個由SPS供電的工作應用程序，只需100 uJ的能量即可實現(xiàn)三個基于ZigBee的傳輸。

能量收集作為無線傳感器的發(fā)電方法，為可持續(xù)的無線傳感器網(wǎng)絡解決方案帶來了潛力，使關鍵問題成為持續(xù)的維護成本和電池處理的環(huán)境問題。使用高性能32- JN5148內部的RISC CPU內核用于快速處理，結合器件在睡眠狀態(tài)和工作時的超低功耗，使設計人員能夠使用通常被認為無足輕重的能量水平來產生足夠的功率來激活超級 - 低功耗Jennic微控制器。

Jennic最近與多家能源采集供應商合作，致力于為基于標準的W標準提供可持續(xù)電源。無源傳感器網(wǎng)絡。

自供電開關

一種特別感興趣的能量收集源是自供電開關（SPS），它通?？梢允褂秒娮訖C械或壓電傳感器來產生一個小電壓脈沖。按下開關的物理動作。

這類收割機可用于門激活觸點，落地式壓力開關和燈開關等應用。無線開關不需要電池，由于環(huán)境內涵使其對消費者具有吸引力，并且維護成本低。缺少電線使得它們在任何表面上安裝都很容易且成本低廉。

SPS產生的能量脈沖通常是明確定義和可重復的，但是，產生的能量可能非常?。ǖ椭?50 uJ in在某些情況下并且由于在開關的連續(xù)致動之間可能存在很長時間，因此在壓力機之間通常不存儲可用的能量。由于這些原因，SPS是利用和實現(xiàn)工作解決方案的最困難的能量收集源之一，即使使用JN5148，也存在許多設計挑戰(zhàn)。

典型的ZigBee傳輸簡介

圖1顯示了典型的基于ZigBee的傳輸使用JN5148。設備喚醒并從外部閃存將程序加載到RAM中，然后初始化MAC軟件層。然后程序運行一些校準程序以優(yōu)化無線電性能。這些通常在每次芯片喚醒時執(zhí)行，以防芯片處于睡眠狀態(tài)時環(huán)境溫度發(fā)生顯著變化。該程序使用ADC和數(shù)字I/O進行一些測量，處理數(shù)據(jù)并生成要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的有效載荷，然后設備執(zhí)行CCA（清除信道評估）以檢查信道是否不忙以便改進接待的機會。接下來，它將有效載荷作為ZigBee分組發(fā)送，然后進入接收模式以等待幀確認。如果CCA失敗或未收到確認，則可以通過進一步的延遲和重傳來增加簡檔。最后，設備進入休眠狀態(tài)，如果有數(shù)據(jù)要保留，則RAM可以通過休眠保持。但是，如果睡眠時間很長，那么將數(shù)據(jù)寫入閃存可能更有效（此配置文件中未顯示）。

圖1：典型ZigBee傳輸?shù)呐渲梦募?。雖然圖1中討論的能量曲線很?。? V時為300 uJ），但這仍然可能超過自供電開關的能量曲線，這意味著典型的ZigBee應用程序可能不適合與此源一起使用。這一事實得到了ZigBee聯(lián)盟的認可，該聯(lián)盟有一個工作組來制定ZigBee綠色電力標準。 Jennic是ZigBee聯(lián)盟的成員。

在撰寫本文時，該標準仍在開發(fā)中。對于一類具有降低功能的設備提出了建議，以滿足一些收獲源可用的最小能量預算。這些提議包括諸如減少的網(wǎng)絡報頭和傳輸被發(fā)送至少三次的方面，使得可以在不需要CCA或幀確認的情況下實現(xiàn)成功傳輸?shù)牧己酶怕?。這不僅降低了能量需求，而且使其更加明確，這對于只有有限脈沖能量的應用非常重要。此外，建議不要求設備與網(wǎng)絡關聯(lián)，但允許設備漫游，僅執(zhí)行廣播傳輸。

考慮到這些提議，設計了具有絕對最小功率要求的應用程序。適用于SPS等信號源。

超低功耗應用

Jennic JN5148 SPS應用的能量曲線如圖2所示。設備喚醒，加載程序，校準無線電，以全輸出功率（2.5 dBm）發(fā)射，然后進入短暫休眠狀態(tài)，然后再喚醒兩次以執(zhí)行兩次后續(xù)傳輸。由于沒有能量存儲，因此設備必須在第一次傳輸之前進行完全初始化和校準。然而，它然后能夠與保留在RAM中的寄存器值一起休眠，以便對于后續(xù)傳輸，喚醒和初始化時段非常小。由于睡眠周期很短，因此可以假設沒有溫度變化，因此可以重復使用初始無線電校準的值。

圖2：自供電開關應用的配置文件。

由于設備正在執(zhí)行僅傳輸操作，因此IEEE 802.15.4 MAC初始化顯著減少。這與1千字節(jié)的小代碼大小相結合意味著初始程序負載和設置減少到最低限度。傳輸之前的CCA已被刪除，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包現(xiàn)在長度為21個字節(jié)，包含減少的ZigBee報頭和6個字節(jié)的有效載荷。由于代碼大小現(xiàn)在非常小，因此低成本EEPROM用于保存應用程序代碼，并且還存儲MAC序列號，每次按下開關時，MAC序列號遞增并寫回EEPROM。

完整的解決方案是使用50μA電荷（在2v下100uJ）實現(xiàn)。 Jennic解決方案已經通過市售的自供電開關進行了演示，以實現(xiàn)至少三次成功的變速箱。