【技术大神】基于Si4432的星型低功耗传感器网络

时间： 2019-09-03 来源：技术大神活动文章

技术问答

星型网络是一种低复杂度、高效率的网络拓扑形式，其由单一网关节点与数个终端节点组成，终端节点与网关节点之间进行通信，终端节点之间不进行通信。虽然这种网络效率较低，但其简单的通信流程，方便部署的优势，都使得其在低功耗传感器网络中得到青睐。

低功耗设计中，对功耗的要求十分严苛，如何快速的切换芯片工作模式，将低功耗模式的时间最大化是一项艰巨的挑战。

美国芯科（SILICON LABS）公司出品的ISM射频收发器 Si4432，功能丰富、性能卓越，因此在低功耗传感器网络设计中倍受欢迎。Si4432支持从240MHz到930MHz中各频点的ISM通信，内置功率高达+20dBm的PA及灵敏度低至-118dBm的高性能接收机于一身，提供业内领先的138dBm的链路预算。可以在降低使用者BOM成本的前提下，提供高性能的ISM通信。Si4432内置了基于DSP的modem可以快速进行解码，滤波和通信帧底层处理，这些数字处理上的优势使得设计人员使用低性能MCU实现低功耗要求成为可能。

Si4432利用片内自带的超大FIFO和灵活的外设时钟域设置，将芯片的工作模式分为：空闲、发送和接收三大模式，各模式之间依据FIFO状态和寄存器自动切换，以最大化利用每一点电量。

上图中可以看出，standby模式及sleep模式的耗电均为1uA左右，在低功耗系统中可被接受。而receive模式电流消耗为18.6mA，transmit模式电流消耗为30mA，是sleep模式的30000倍！所以在低功耗传感器终端设备中，协调通信收发，如何将处于低功耗模式的时间占比增大是传感器网络成功与否的关键点。

在笔者设计的一款采用Si4432的无线传感器中，采用了一种基于传感器终端间自同步的ISM通信协议。该设计实现了在某一区域内，即便布置数百无线传感器也可自动协调，并同网关进行传感器数据上报的简单网络，且取得了较好效果。

该网络主要工作流程为：首先，网关端的Si4432处于接收模式，随时等待接收传感器终端的数据后进行下一步处理；其次，在任意时刻，某传感器终端进入到了网关接收范围内或者上电，则传感器终端先利用Si4432自带的CCA（信道空闲助手）功能，检查当前通信信道是否空闲，如果空闲，则发送其数据。否则，等待1ms（此时间远远大于一次通信时间）后，再次检测信道是否为空闲，尝试发送数据；最后，为防止多个节点同时检测CCA后发送数据造成通信失败，则发送数据后立即开启接收模式，等待接收网关发来的ACK，收到ACK视为通信成功，否则也要标记为发送失败，将自己的时间片向后移，继续尝试。依照传感器的通信要求，每隔1s后均在此时间点进行发送。其它传感器终端首次进入星型网络时同理。至此，则将信道自动按照时间间隙分成了多个时间片，每个传感器终端会自动占领一个时间片进行发送，不会相互发生信道占用的情况。

总结：利用Si4432无线收发器具备的高链路预算及CCA等功能特点，可以有效提高低功耗，低复杂度的无线传感器星型网络的通信性能和系统待机时长。文中经过实际使用的一种自调度通信协议，消耗小，调度算法直观，有效解决区域内多传感器数据上报时可能发生的冲突问题，提高通信容错能力。

作者：用尚科技周正

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全部评论（2）

BATI Lv7. 资深专家 2016-08-13

SiliconLab的射频收发产品性能优异
用户_8239 Lv7. 资深专家 2016-08-05

绿色社会，低功耗是必须的啊

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