作者：e絡盟技術團隊

電源效率對于物聯網的成功至關重要。設備的效率越高，其功能壽命就越長，用戶體驗就越好。您是否在組織中實施了物聯網解決方案，以提高物聯網邊緣設備的能源效率？本文重點介紹了您應該考慮的15個關鍵因素。

要點

• 物聯網設備依靠睡眠模式和低功耗管理來節省能源，延長電池壽命。
• 電池供電的物聯網設備必須節能。您必須采用低功耗組件和優化通信協議等方法來節省電力。
• 在邊緣處理本地數據可以有效降低功耗。
• 定期更新軟件對于提高物聯網設備電源效率，解決電源相關問題至關重要。

背景

物聯網是一個龐大的網絡，它由聯網的實體設備組成，通過無線和蜂窩連接進行無縫通信。該網絡應用了許多嵌入式傳感器、軟件和其他技術，有助于通過互聯網連接其他系統和設備，并交換數據。物聯網應用的爆發性增長和節能方法的采用，推動了行業向邊緣數據處理轉變。

運行基礎知識

下圖所示為物聯網設備的典型電流曲線模式。這些設備通常處于閑置狀態，從而節省能源，延長電池壽命。現代MCU具有多種不同功能的低功耗模式，以降低功耗。喚醒方法可根據睡眠模式深度，在外部事件發生時恢復功能。

物聯網設備的典型省電模式

低功耗管理的發展可實現對功耗進行精細控制。超低功耗睡眠模式（如待機、低耗電、睡眠和深度睡眠）消耗的電流極小（從微安到納安不等）。由于物聯網處理器采用了CMOS技術，功耗會隨時鐘頻率的提高而線性增加。

功耗最低的待機模式消耗的電流約為功耗最高模式的三分之一，但可以將處理器保持在最低限度使用的狀態。某些物聯網應用可能需要最低功耗的睡眠模式，同時保留緩存，以最大程度地減少活動模式處理所需的周期數。為了最大限度地延長電池壽命，大多數物聯網系統都會事先預處理和收集數據。只有當有足夠的有用數據需要傳輸時，物聯網系統才會打開通信電路。您可以使用物聯網電池壽命工具，來確定您在合并數據以降低發送頻率時會發生什么情況。

竅門和技巧

電源效率至關重要，因為物聯網邊緣設備運行時間長且通過電池供電。我們將總結為物聯網設備供電時的各種竅門和技巧。

1. 對物聯網設備采用睡眠模式：巧妙利用睡眠模式來降低非活動時間的功耗。當設備不主動處理數據或執行操作時，將其設置為低功耗睡眠模式，以延長電池壽命。

2. 能量收集技術：考慮使用太陽能、動能或熱能等能量收集方法來為設備電池充電或補電。這確保了在不使用傳統電池的情況下持續運行。

3. 避免過多的推送通知：限制發送到物聯網設備的推送警報的頻率和內容。僅在必要時才允許此類通知。這些警報可能會“喚醒”設備，并在不必要的情況下耗盡電池電量。

4. 物聯網設備傳輸信息的時間和方式：批量或按預定時間間隔發送信息，而不是連續發送，從而優化數據傳輸。這樣可以減少反復連接和斷開的問題，并節省電量。

5. 功能如何影響電池壽命：進行全面的電源分析，以了解物聯網設備如何使用電源來運行其功能和組件。確定高耗能的組件，并優先考慮節能替代方案或優化方案。

6. 選擇最合適的無線協議：根據物聯網用例和功率限制選擇合適的無線通信協議。各種無線通信技術，包括 Wi-Fi?、低功耗Bluetooth?、Thread和 Zigbee?，以及新興的 MATTER協議，可在家庭和樓宇自動化系統中實現設備到設備、設備到云和設備到移動設備的通信。

7. 使用低功耗傳感器：選擇功耗最低的傳感器，并使用自適應采樣技術，根據環境變化來更改傳感器的數值，以減少不必要的傳感器數據讀取，同時節省能源。

8. 管理固件和軟件更新：確保高能效地進行固件和軟件更新，并盡可能專注于改善功耗。定期更新設備，進行節能升級和錯誤修復。

9. 低功耗組件：使用低功耗微控制器、傳感器和通信模塊。有條件最好使用最新的節能技術和解決方案。考慮使用待機較少且需要最小運行功率的組件。

10. 睡眠模式和喚醒：有效利用睡眠模式，在不活動期間節省電量。僅當外部事件或計時器需要時才允許喚醒設備。減少處于活動模式的時間。

11. 高效通信協議：根據具體用例和網絡要求，使用 MQTT-SN、CoAP或 LoRaWAN等節能通信協議。

12. 負載循環：采用負載循環技術，定期喚醒設備以執行任務，然后重新進入睡眠狀態。這降低了總體功耗，尤其對于需要處理突發數據的設備而言。

13. 本地數據處理：數據預處理和過濾必須在邊緣完成，以減少傳輸到云端的數據量。這將顯著降低通信過程中的功耗。

14. 電源管理集成電路：僅使用專用電源管理集成電路，這些集成電路旨在通過調節各種組件的電源供應來最大限度地提高能源效率。

15. 優化顯示屏使用：使用低功耗顯示屏技術。如果設備有顯示屏，請使用低功耗顯示屏技術，并在不使用時關閉顯示屏。

必須定期優化和更新設備的固件，以修復問題并提高電源效率。根據組件的性能要求，使用動態電壓調節技術來改變組件的工作電壓。這樣做有助于在各種工作負載情況下優化電源使用情況。減少數據量，降低傳輸頻率。為了最大限度地減少通信期間的電力消耗，使用數據壓縮技術并僅發送必要信息。將某些功能外包給云或邊緣服務器，減少設備的數據處理工作量。這有助于降低設備的處理需求，從而降低功耗。