-
蜂窝物联网标准(如 LTE-M 和 NB-IoT)提供了多种包括 PSM (省电模式)与 eDRX(扩展不连续接收)等在内的省电机制。在正确配置的情况下,这些功能可以显著延长设备的电池寿命。在产品开发过程中,理解这些省电模式的运行行为,并对其在实际运行条件下的时间特性与电流消耗进行测量,对于系统设计至关重要。在本主题的上一篇文章中,Qoitech技术小组探讨了如何在 Nordic Semiconductor 的 nRF9151-DK 上,通过手动和自动化方式测量 PSM 与 eDRX 等省电模式。在本文这篇后续研究中,我们将重点分析开发板的功耗性能,并特别关注固件配置、调试模式与生产设置、省电模式的选择等因素如何影响功耗行为。调试固件与生产固件在物联网或嵌入式设备的开发调试阶段,使用 UART输出信息以及其他调试日志对于理解被测设备的行为至关重要。这些调试日志能揭示固件如何影响功耗,并为代码调试和优化提供关键线索。为简化功耗调试流程,Otii仪器具备一项便捷功能:可从被测设备的UART端口收集调试日志,并与电流记录同步。然而,UART接口与最终产品中的非关键日志类似,会消耗不必要的功耗,必须在最终功耗测试、验证和部署前关闭UART。为探究调试版与生产版固件的差异造成的影响——即本案例中,UART对nRF9151-DK开发板省电模式功耗表现的影响,我们对刷写Nordic Semiconductor提供的设备与连接性展开研究。在首篇文章中,我们通过启用UART日志记录的AT命令应用程序(见图1)对设备进行编程,该功能难以禁用。本文采用相同的LTE功耗模式进行测试,但改用Shell命令行界面(见图2)进行编程,该界面提供禁用UART日志记录的选项。此外,该命令行界面还支持配置nRF9151-DK在可设定时段内关闭UART功能。需注意:两种情况下Nordic均提示调试用的调制解调器跟踪功能处于激活状态,会消耗更多电流。 图1:nRF9151-DK 开发板已刷入AT指令 图2:nRF9151开发套件已刷写Shell命令行界面 图3:警示信息——调制解调器处于跟踪状态,电流消耗较高测量系统设置设备 nRF9151-DK 与测量仪器 Otii Ace Pro 的连接方式与前一篇研究和文章中的设置相同(见图4)。Otii Ace Pro 为 DK 开发板以及 nRF9151 System-in-Package 提供电源。 图4:使用 Otii Ace Pro 测量 nRF9151-DK 的功耗表现关于硬件连接方式、如何开始使用 nRF9151-DK,以及在 Otii Desktop App 中设置功耗测量参数的详细说明,可在第一篇文章中查看。本次实验设置的唯一差异在于用于自动化功耗模式性能测试的 Python 脚本。与原脚本相比,修改如下:为确认模块已经启动并正常运行,Otii Ace Pro 会监听字符串 “JRRC mode: Idle.”在每次测试之间不再对模块进行复位,因为实践证明这并非必要在发送 AT 指令时,脚本现在会在每条命令前自动添加 “at”在发送最后一条 AT 指令后,通过发送 “uart disable X” 来关闭 UART,其中 X 为测量持续时间(本实验中为略多于4小时)nRF9151-DK 上 PSM 与 eDRX 省电模式的测量结果以下条件与前一篇研究中强调的情况相同,并且会影响测试结果:所有测试均在瑞典隆德 Telia 的蜂窝网络上进行,任何网络相关行为和参数都不由我们控制在测试过程中,nRF9151-DK 仅作为调制解调器运行,并未发送任何有效载荷数据。实际的总电流消耗将取决于每次发送的数据量本实验未考虑设备发送数据的频率要求,也未要求设备必须与调制解调器保持连接状态。在较长的休眠周期中,无法与设备建立通信。本研究仅用于观察功耗差异。对于 LTE-M 和 NB-IoT,我们均进行了四种测试:无省电模式eDRX(扩展不连续接收),活动定时器 T3324 设为 40.96 秒PSM(省电模式),活动定时器 T3324 设为 2 分钟,休眠周期(T3412 定时器)设为 60 分钟同时启用 eDRX(40.96 秒)与 PSM(2 分钟 + 60 分钟)每种配置均测量 4 小时,并从中选取 1 小时数据进行对比(见图5)。在最新版本的 Otii 软件中,我们使用了新的多选功能来保存并命名不同测量区间,从而使比较过程更加直观和高效。需要注意,有时最小电流会显示为负值,以及出现极短的微秒级电流尖峰。这些都是电压调节器行为产生的测量伪影,Otii 文档中对此有更详细的解释。 图5:在 Otii Desktop App 中可视化的 LTE-M 与 NB-IoT 省电模式完整测试结果 1. LTE-M 省电模式:eDRX在未启用任何省电模式时,LTE-M 的基准功耗测量显示平均电流约为 1.16 mA。启用 eDRX 定时器后,平均电流在 1 小时内降低至 213 μA(见图6)。 图6:在 LTE-M eDRX(定时器 40.96 秒)模式下,使用 Otii Ace Pro 测量 nRF9151-DK 的 1 小时电流消耗放大看,单个占空比的功耗行为显示eDRX40.96秒定时器将调制解调器置于低功耗状态(见图7)。 图7:LTE-M中eDRX定时器设置为40.96秒时的单个占空比功率行为 eDRX时长可设置为更短或更长:LTE-M的范围为5.12秒至43分钟,NB-IoT最高可达3小时。但实际设置还取决于网络允许的范围。在eDRX周期内,调制解调器接收器处于关闭状态,但仍可按需发送消息。若设备端发生事件,可直接发送数据,但设备对网络消息的响应会变慢。接收消息前必须等待活动计时器超时。2. LTE-M功耗模式:PSMPSM模式允许设备在更长时间睡眠状态下保持网络注册状态。我们使用的Telia网络中,最低可接受定时器为60分钟,最高可达近13天。在此期间设备不可被唤醒,但可根据需求提前传输数据。本次测试中,我们将定时器设为最低值60分钟(见图8),并配置2分钟活动定时器;因此在60分钟周期内有2分钟可接入设备,之后即进入休眠状态。 图8:LTE-M在PSM设置为60分钟且设备可达性为2分钟时的单工作周期功耗行为。 相较于采用LTE-M eDRX(定时器40.96秒)进行的1小时测量,在1小时LTE-M PSM设置下,平均电流从213μA降至44.83μA(参见上文图8统计数据),实现显著优化。3. LTE-M功耗模式:PSM与eDRX组合eDRX与PSM可组合使用:采用40.96秒eDRX配合2分钟活动/60分钟PSM的省电配置。此组合方案下电流消耗降至13.28μA。 图9:nRF9151开发套件在LTE-M模式下同时启用PSM和eDRX时,1小时内的电流消耗。4. NB-IoT省电模式:eDRX让我们对NB-IoT模式进行相同的测试。图5展示了禁用省电模式时的基准测量值,平均电流消耗为458.2µA。该基准测量表明其平均电流低于LTE-M模式的1.16mA。启用eDRX(40.96秒计时器)后,平均电流消耗减半(见图10)至278.6µA,且随着eDRX计时器延长,预期效果将更为显著。 图10:Otii Ace Pro监测下, nRF9151-DK开发套件在NB-IoT模式下启用eDRX(40.96秒计时器),1小时的电流消耗。5. NB-IoT省电模式:PSM在PSM模式开启时,设备进入60分钟PSM状态并保持2分钟可达性窗口,其平均电流消耗降至25.34μA(见下文图11)。 图11:采用60分钟PSM设置且设备可达时间为2分钟时,NB-IoT单个占空比的功耗特性。 6. NB-IoT模式:PSM与eDRX组合若将eDRX与PSM结合使用,每小时的平均电流消耗为18.4μA(见下文图12)。 图12:nRF9151开发套件在NB-IoT模式下同时启用PSM和eDRX时,1小时内的电流消耗。 7. PSM与e-DRX休眠电流性能对比在LTE-M和NB-IoT中,PSM与eDRX提供不同级别的节能效果,其中PSM在设备休眠期间仍能保持较高的可达性。如图13所示,在启用PSM模式的所有测量配置中,其休眠期间的平均电流消耗表现突出——PSM模式下的休眠电流仅为2.8 µA。 图13: LTE-M、eDRX及组合配置下PSM模式的平均睡眠电流消耗。在PSM模式下进入睡眠期时,nRF9151-DK平均消耗2.8 μA电流;而在eDRX模式睡眠时,其消耗电流接近38 μA(见图14)。对比PSM与eDRX的睡眠电流可见,PSM模式下的设备睡眠电流低于eDRX模式。若需进一步降低eDRX睡眠电流,需将eDRX定时器设置为60秒或更长,且SIM卡必须启用暂停/恢复功能,此举可显著降低功耗。 图14:eDRX模式下睡眠期的平均电流消耗 调试固件与生产固件问题(UART 开启/关闭)当前调制解调器能够实现的平均电流消耗以及休眠电流都已经非常低,而我们测量的 nRF9151-DK 也体现了这一点。但是,如果在部署时仍然使用调试固件,或者忘记关闭 UART,会发生什么?Nordic Semiconductor 提供的信息表明,当 UART 保持开启时,会产生大约 600 μA 的额外电流消耗。在本次研究中,我们观察到的数值与此非常接近。在上一篇文章中,由于 UART 持续启用,LTE-M 的 eDRX 模式将电流降低到 710 μA。而在 UART 关闭的情况下,LTE-M 的 eDRX 定时器可以将功耗降低到 213 μA。在休眠电流方面也观察到了类似的行为:当 nRF9151 关闭 UART 并启用 LTE-M PSM 时,休眠电流为 2.8 μA当 UART 保持开启(如上一篇研究),休眠电流为 627.8 μA需要注意的是,本次实验运行的是 Shell Command Line Interface 应用,而上一篇实验运行的是 AT Commands 应用,因此两者之间的对比可能会受到应用差异的影响。尽管如此,调试日志和调试工具如果保持开启,对功耗的影响是显著的。因此在验证用于生产部署的固件时,开发者必须始终保持高度警惕。结论测量结果表明,nRF9151-DK 在真实环境中的电流消耗,很大程度上受到固件配置、外设选择、调制解调器提供的省电模式及其配置等因素的影响。本研究最重要的结论之一,是调试固件与生产固件之间的差异。调试版本通常会启用调制解调器日志以及调试跟踪,这些后台活动会明显提高平均电流消耗。因此,在进行功耗特性评估以及电池寿命估算时,应始终使用与生产环境等效的固件。省电模式始终是在更低的功耗、与设备通信的便利性之间折中选择。在本研究中,当同时使用 PSM 与 eDRX 时,nRF9151-DK 的平均电流最低,可达到 13.28 μA。尽管组合使用 eDRX 与 PSM 可以带来显著的节能效果,但这并不是“一次配置即可长期使用”的方案。在实际运营商网络环境中,如果参数配置不合理,可能会由于额外信令、重试或定时不匹配而导致功耗反而增加。最后,本研究展示了极为优秀的休眠功耗表现:在 LTE-M PSM 模式下,nRF9151-DK 的休眠电流最低可达到 2.8 μA。这也表明蜂窝技术在低功耗物联网领域已经取得了显著进步,成为 IoT 应用中具有竞争力的通信方案。Qoitech中国
-
使用BC260Y-CN,如何使用AT+QIOPEN发送get指令?本人小白,还请大神告知格式:AT+QIOPEN=0,0,\"TCP\",\"ip.com\",0升级包url:https://124.70.218.131:8943/iodm/dev/v2.0/upgradefile/applications/176c8a50519243d4a8142cdfc821b6b0/devices/67c9b83e4c58cc795ad8c350_866330074008487/packages/67d2da89e89983487391583f升级包token:d47af73f0652ea4c49a7eb81683fd6cf79569c8caa4317824a0ea09652721a8a
-
能否在华为云上搭建数据库,实现将嵌入式设备接入华为云后,将嵌入式设备上采集到的数据存储到华为云的数据库中,再由其他的应用端区访问数据库中的数据
-
可以用at指令通过串口上传上数据,一用代码就传不上去
-
1、使用esp8266上传数据时,前面连接都是可以的,但是上传数据就会出错,具体如下:at指令发送都是正常的连接的ip地址为:183.230.40.33,端口号为80 at指令为AT+CIPSTART="TCP","183.230.40.33",80,显示连接正常2、但是后面发送报文就会出错报文为:POST /devices/dht11/datapoints HTTP/1.1 api-key:kbepayNBl+GTYauxyWurS1sbAX8P691hZxlPtauFqfs= Host:api.heclouds.com Connection:close Content-Length:66 {"datastreams":[{"id":"dht11","datapoints":[{"value":20}]}]} 其中设备ID为:api-key为:前面WIFI连接已经at指令发送都是正常的,但是发送报文以后就显示错误。2、在使用tcp测试工具时,仍然出错
-
onenet云平台最近改版,好多东西找不到。1、HTTP协议连接时,数据协议只能选择onejson格式,不能选择数据流格式2、选择HTTP协议,数据格式为onejson格式,后面的报文格式怎么写?3、设备ID和api-key是下面两个吗?设备IDapi-key
-
手机热点连接成功,串口也正常就是云平台的设备b'x
推荐直播
-
华为云码道-玩转OpenClaw,在线养虾2026/03/11 周三 19:00-21:00
刘昱,华为云高级工程师/谈心,华为云技术专家/李海仑,上海圭卓智能科技有限公司CEO
OpenClaw 火爆开发者圈,华为云码道最新推出 Skill ——开发者只需输入一句口令,即可部署一个功能完整的「小龙虾」智能体。直播带你玩转华为云码道,玩转OpenClaw
回顾中 -
华为云码道-AI时代应用开发利器2026/03/18 周三 19:00-20:00
童得力,华为云开发者生态运营总监/姚圣伟,华为云HCDE开发者专家
本次直播由华为专家带你实战应用开发,看华为云码道(CodeArts)代码智能体如何在AI时代让你的创意应用快速落地。更有华为云HCDE开发者专家带你用码道玩转JiuwenClaw,让小艺成为你的AI助理。
回顾中 -
Skill 构建 × 智能创作:基于华为云码道的 AI 内容生产提效方案2026/03/25 周三 19:00-20:00
余伟,华为云软件研发工程师/万邵业(万少),华为云HCDE开发者专家
本次直播带来两大实战:华为云码道 Skill-Creator 手把手搭建专属知识库 Skill;如何用码道提效 OpenClaw 小说文本,打造从大纲到成稿的 AI 原创小说全链路。技术干货 + OPC创作思路,一次讲透!
回顾中
热门标签