浅谈Digi XBee模块的休眠模式
2020-3-25
Digi XBee S2C模块，如果仅连接电源线可以测得，在待机情况下，大约是10.5mA左右的电流，在休眠时的功耗可以低到0.5uA。可以知道，休眠几乎不耗电。在Spec上标的待机功耗会比实测只接电源线耗电更高，这时因为实际应用中我们还常接上UART等IO引脚。实际上，终级的低功耗控制往往也和通信引脚和控制引脚(比如休眠使能线)密切相关，不同的CPU串口功耗也不尽相同。一般说来，CMOS的UART省电些，TTL的耗电些。此外Digi模块内部有上拉电阻(29K)，除非为了电平转换，否则没必要在通信线上再加上拉电阻，以免并联后消耗更多静态电流。对于一些CPU本身串口比较耗电，则应在通信线上加电压型的隔离器，以尽可能减少功耗，GPIO控制线如果不需要请不要接上拉或是用管子隔离，以减少引脚休眠线的电流。
XBee ZB支持三种休眠模式：
引脚休眠 (SM = 1)；
周期休眠 (SM = 4)；
周期休眠加引脚唤醒 (SM = 5)。
一个ZigBee的休眠节点在醒来后马上和醒来时每隔100ms去向父节点索取缓存的数据包(这个过程我们称为polling)。
当休眠节点进入睡眠模式时：
On/Sleep拉低(de-asserted)以宣示模块进入睡眠模式；
如果CTS硬件流控被启用，CTS拉高(de-asserted)来提示串口数据不该再送往模块；
如果入网指示Associate引脚被配置使用，它将被拉低以防止电源用于点亮联网提示灯；
如果用到引脚唤醒，睡眠请求引脚Sleep_RQ(D8)被配置为下拉输入口以便外部设备可以拉高来使模块休眠(仅用于 SM = 1 或 SM =5)；
其它引脚则不会有任何变化，以便按用户配置方式应用。
当XBee模块从睡眠中醒来：
On/Sleep引脚被拉高以宣示模块醒来；
如果CTS流控被启用，CTS引脚拉低表示模块准备好接收串口数据；
如果入网指示Associate引脚被配置使用，它拉高继续之前的预配置行为；
其它引脚则不会有任何变化，以便按用户配置方式应用。
休眠指令：
命令 | 描述 | 参数范围 | 默认值 |
SM | Sleep mode： 0-不休眠； 1-管教休眠；通过SLEEP_SQ管脚来控制模块的休眠/唤醒状态SLEEP_SQ Line。 4-异步周期休眠； 5-异步周期休眠； 6-7-休眠支持模式； 7-8-同步周期休眠模式 | ||
SO | Sleep option休眠选型 对于同步休眠模式： Bit0=首选休眠协调器； Bit1=非休眠协调器； Bit2=使能API休眠状态消息； Bit3=关闭提早唤醒； Bit4=开启节点类型平等； Bit5=关闭单独协调器同步重发； 对于异步休眠节点： Bit8=总是在ST时间内唤醒。 | ||
SN | Number of sleep periods休眠周期数 | 1~0xFFFF | 1 |
SP | Sleep period休眠周期 此命令定义了每个轮换周期内模块休眠的时间。 | 1~1440000 | 2s |
ST | Wake time唤醒时间 | 0x45~0x36EE80 | 0xD0(2s) |
WH | Wake host唤醒主机 | 0~0xFFFF | 0 |
休眠诊断命令：
SS | Sleep status休眠状态： bit0： Bit1： Bit2： Bit3： Bit4： Bit5： Bit6： | 只读 | 0x40 |
OS | Operational sleep period运行的休眠周期 | 只读 | 0x12C |
OW | Operational wake period运行的唤醒周期 | 只读 | 0 |
MS | Number of missed syncs丢失同步数 | 只读 | 0 |
和休眠相关的IO设置命令：
D8 | DIO8/SLEEP_RQ配置： 0=输入，不监测； 1=休眠请求； 3=数字输入，监测； 4=数字输出低； 5=数字输出高。 | ||
D9 | DIO9配置： 0=输入，不监测； 1=ON/SLEEP； 3=数字输入，监测； 4=数字输出低； 5=数字输出高。 |
周期休眠的参数
参数 | 名称 | 默认值 | 描述 |
SP | 休眠周期 | 0x20，即320ms | 模块的休眠周期 |
SN | 休眠周期数量 | 配置SP的倍数以扩展休眠时间 | |
ST | 醒来时间 | 定义醒着时，在结束数据收发后保持醒着的时间 | |
SO | 休眠选项 | 定义休眠模式行为的选项: 0x02 不管有无数据总是醒ST；0x04 启用扩展休眠 SN*SP |
* commissioning按键会唤醒设备30s * 模块醒来后先poll数据，除非用SO强制它总是醒一定时间，否则无活动会立即休眠，ST实际上是数据活动结束后的计时器，在计时期间有数据会重置这个计时器。
关于睡眠的几个常见问题：
1、xbee 短睡眠周期(SP)是多少？
SP的范围值是320毫秒到28秒。
2、xbee 最长睡眠周期是多少？
SP最大可设置28s，加上扩展休眠的设置，最长一次休眠可达21天左右，计算如下：T=SN*SP=FFFF*AF0*10MS=65535*2800*10=1,834,980,000毫秒=1834980秒=509.7小时=21.2天。
3、xbee 引脚休眠相关的管脚是什么状态？
Sleep_RQ(pin9 置高)，CTS(pin12 置高)，On/Sleep(pin13置低)指示模块处于休眠状态。
4、xbee唤醒期间多长时间轮询一次父节点？
digi 的xbee从休眠到唤醒后，每100毫秒轮询一次父节点，轮询一次要用10毫秒。
5、如何让Xbee模块快速进入休眠模式？
Xbee 模块在接收完数据后，发送SI这个指令，进入休眠，节约功耗。
6、Digi ZB引脚休眠切换到唤醒发数据要多长时间？
ZB引脚休眠的时候，从休眠到唤醒发送数据，要有一个时间的过程。就是有的客户反映的是:发送数据慢。
测试结果一：5秒
测试条件：
协调器：VERSION =2164;SC=4;PANID=1234;AR=0
节点：VERSION=2864;SC=4;PANID=1234;SM=1
软件:X-CTU; 秒表
测试结果二：10秒
协调器：VERSION =2164 缺省值
节点：VERSION=2864；SM=1
软件:X-CTU; 秒表
测试方法一：
1. 按上述条件，配置好两个模块的参数，并且能正常通讯。
2. 节点这端，从Modem Configuration 切换到Terminal，并敲字符”a” ,同时秒表开始计时。
3. 协调器这端，始终在Terminal这栏内，等待接收字符
4. 等协调器这端收到字符，立即停止秒表，就是这次测试从休眠到唤醒后能发数据的时间。
测试方法二：
利用JN=1，节点切换到唤醒，协调器收到节点上电通知。
用XCTU来测试休眠行为：
XCTU上的终端窗口有部分9针串口引脚电平指示和引脚电平控制，只是许多人不知道这个特性。
指示电平用深色背景时表示低电平，控制电平当选中时表示启用。当然模块也不是并不是默认有对应的引脚或是有把GPIO往串口对应信号去接。毕竟这些信号是有些类型的调制解调器和计算机通信时用的。
电平 | 说明 |
/CTS | D7,由模块控制的指示电平，低电平有效，默认为低电平，表示通知电脑要送数据，休眠变高平，流控时变高电平 |
CD | 模块无对应引脚，表示有载波，无用 |
DSR | 模块无对应引脚，通知计算机，可以发信息过来，无用 |
/DTR或 Sleep_RQ | D8，计算机或主控对模块的控制电平，低电平有效(默认)，通知模块可进行传输，或是唤醒模块 |
/RTS | D6，计算机控制，表示请求发送，低电平有效(默认)，高电平表示流控，不要再收了，模块默认不启用以防止缓冲溢出 |
*休眠时，在XCTU上对DTR/Sleep_RQ去掉勾选状态，即拉高该引脚，表示让模块进入休眠状态，此时CTS也会变高电平，说明在休眠中。
*RTS是主控的流控，不可长时间启用以防止接收数据没法发给主机，所以默认不对主控进行流控，而最多是对模块进行流控(CTS)。
