物聯網（IoT）正在將現實世界里的“模擬”事件轉換成網絡的行動和反應，連在網絡中的物聯網節點能夠監測模擬事件，并且在要報告的事件發生時，將其進行轉化后通過互聯網報告給應用程序，以完成相應的任務。其中最突出的物聯網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域來監測事件，并通過無線網絡與物聯網通信。大多數情況下，這些產品是始終開啟的、由電池操作的無線傳感器，支持無線協議、一個MCU和至少一個模擬傳感器。

面對的挑戰是在單一電池或一次充電的情況下，如何將產品足以感知環境的續航時間最大化。該挑戰可細化為以下方面：

根據應用程序要求，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。

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）要報告時，MCU進行了報告并返回至其周期性工作規律流程中。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境中，將其設置在網絡上并啟用，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。

物聯網應用理想的電池供電、無線傳感器節點解決方法

最佳解決方法將應對以上所述挑戰中的每一個方面，可在電池一次充電的情況下將產品完成環境感測的工作時間最大化。

考慮到以上情況，電池供電的物聯網傳感器設備應供應：

自主而節能的傳感器管理和測量系統；

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，僅當絕對要時才會喚醒MCU；

用以為多次測量供應緩存的低功耗內存，并延長CpU喚醒間隔時間；

低無線功耗。

SiliconLabsGecko低功耗傳感器接口（LESENSE）

幾年前，SiliconLabs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模的投入。我們的GeckoMCU具有節能型的架構，并供應幾種關鍵系統，使其能更加有效率地運作，其續航時間也長于其他MCU。

Gecko和WirelessGecko（以下合稱“GeckoMCU”）使用低功耗傳感器接口（LESENSE）、外圍設備反射系統（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。

本文供應了LESENSE的簡要概述。外設反射系統（pRS）可使外圍設備沒有內核的干預仍能夠周期性的工作，pRS在節能方面的優勢也很重要，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省很多電能。

解決方法要求對該要求的解釋1.自主而節能的傳感器管理和測量系統通過使用自主傳感器系統，對電源需求較大的內核和其他不必要的外圍設備可保持在深度睡眠模式。2.可對每個傳感器獨立配置的傳感器輸入/輸出、閾值和配置由于每項輸入/輸出都針對為其所分配的傳感器進行獨立配置，所以在其他部分進行測量時，甚至傳感器系統自身的各個方面也仍處于睡眠狀態。3.低功耗、可配置的邏輯引擎，僅當絕對要時才會喚醒MCU低功耗專用邏輯可使傳感器閾值出現幾乎無窮的變化，事件可在不喚醒內核的情況下進行處理，直到要為止。4.低功耗內存可延長CpU喚醒間隔時間專用存儲形成了對低功耗邏輯的補充，并使多個事件在不喚醒內核或芯片其他部分的情況下發生。相同的內存可在要時改善傳感器的重新校準。5.低功耗無線WirelessGeckos供應部分最節能的低功耗Bluetooth?（簡稱BLE）、ZigBee?、Thread以及市場上的專利無線技術。

關于電池供電的物聯網傳感器系統的要求

GeckoLESENSE詳情

LESENSE是高度可配置傳感器接口和系統，可自主持續管理并監控最多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用途，并可為傳感器的工作周期和測量按時。

計數和比較器單元對來自定序器的脈沖進行計數，并將信息與可配置閾值進行比較。

譯碼器/狀態機接收傳感器測量，并根據最多16種可配置狀態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蘇醒并執行各種行動。

但是，LESENSE與之不同之處在于，它供應了一個完整的傳感器系統，以便管理并監控傳感器以及相關的外圍設備，而不要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的情況下對數量可配置的閾值事件進行緩沖。這使得系統能夠在一段較長的時間段內監控外部事件。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也供應附加功能，以管理并監控最多16個具有唯一閾值的不同傳感器。在使用內置低功耗狀態機（譯碼器）時，LESENSE可在發送中斷喚醒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的測量數據相結合。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。

傳感器節點從LESENSE緩沖測量中重新校準

由于很多傳感器系統在各種不同的環境條件下執行，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。這樣可防止隨著情況的變化發生多次重復校準的事件，進一步節約能源并供應更大的系統校準樣本集。

總結

LESENSE可使GeckoMCU和無線MCU監控電阻性、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能夠監控最多16個使用小于1μA的傳感器并供應可配置的閾值，并供應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機。