软硬件低功耗设计 _电池

前言
随着物联网的兴起，各式各样的物联网设备涌向市场，这些设备有一个共同的特点就是电池供电，电池的容量是有限的，如何在电池容量有限的情况下延长设备的使用时间呢？万恶始于源头，最好的办法就是在设计中降低设备的功耗，设计又进一步分为软件设计、硬件设计。
硬件设计
根据低功耗的产品需求，一般会有两种方式，一种是平时处于断电状态，需要使用的时候上电即可，工作一会继续断电。另一种是一直处于待机状态，使用的时候，“唤醒”产品，工作一会继续“睡觉” 。
低功耗产品一般是通过锂电池或者干电池供电的，前者主要用于易于携带或者移动的产品，比如，智能手表，共享单车等等，干电池应用的比较多的场合是智能门锁等，一般有3-4节干电池，用完电之后用户可以更换。
选取低功耗器件
这点自不必说，谁不选谁傻x，不选坑自己~
开关机电路设计
对于平时断电的设备，既然平时主要是断电状态，需要时开启，开关机设计必然少不了，接下来介绍一种实用的开关机电路。（关于此电路的详细解析，可参看：一种简单可靠的开关机电路设计）
AD采集电路设计
电池供电，电量的提示就很重要，如果说智能锁电池没电了，用户竟然一无所知，那不得骂娘，好好的一扇门，非要砸个窟窿才能进~
如果想要比较精确的采集电池电量，那一定是首选电量计，可是啊~设计者一切不得为了资本服务，为了节约成本，大家都懂得，有的厂家还是会采用简单的AD采集，根据电池放电曲线大概估算电量。
说到这里，来看一看，电池的放电曲线是怎样的呢？
电池供应商一般会提供给客户某款电池放电曲线，下面是某厂家提供的2016纽扣电池的放电曲线，其他电池其实也类似，可以明显的看到，新电池的“富裕电压”其实降得是非常快的，然后会进入一段非常长的“平缓期”，电池电量放的差不多的时候，又开始进入“快速衰老”期，可以看到，电量跟电压并没有什么严格的比例关系。
既然没有严格的比例关系，那如何根据电压来“计算（估算）”电量呢，负责的厂家会真枪实弹的做放电测试（谁知道厂家提供的是不是真实的呢），大量测试后，大概得出一个算法来模拟电压与电量的“近似关系”，根据电压大概估算电量，或者根据使用时间及次数，每次使用的功耗等，计算得出剩余电量。
所有这种都是“不太准确的”，但是只要能在彻底MCU“死掉”之前提醒用户换电池或者充电即可，我提醒了，你没换，那关我什么事~
言归正传，AD采集也需要做一些处理，如下图，这个电路分情况，在断电的设备情况下，这个电路是没问题的，但可能不是最好的，要注意，不能直接接在电池端，要接在受控的电源端，如果直接接在电池端，这两个电阻会一直耗电。
【软硬件低功耗设计】再来看一个AD采集的电路设计，如下图，相比于上面的设计，这个设计有什么好处呢？这个设计电压是可控制的，那只需要在采集的时候开启就可以了，采集完MCU控制关闭，相比于上面的电路，虽然多了几个器件，但在不需要的时候可以随时关闭，能够有效降低功耗，这种设计在不断电的设备中是要明显优于第一种设计的，因为电池是有一段“平稳期”的，1秒采集一次和1天采集一次可能都没有区别，所以降低采集频率，不需要的时候，把电源断开即可，很实用。
模块电源加控制
这点类似于上面的AD采集带电源控制，稍微改一下即可，物联网设计中可能会用到各种各样的模组。信息上报不频繁的情况下，可能1天几次或者几天1次，这时候可以考虑，是不是可以不用的时候把电源断掉，当然要考虑上电重新连接所花费的功耗与休眠状态下所花费的功耗，二者取其优，功耗差别不大的情况下，我觉得休眠是好的选择，毕竟频繁开关机会对模组有影响。