原標題：增加持續 Wi-Fi 連接而不影響電池續航時間

在Wi-Fi和藍牙雙模物聯網設備中，無線通信模塊是功耗的主要來源。為延長電池續航，需從硬件選型、通信協議優化、電源管理、工作模式設計等多維度綜合優化。以下是系統化的解決方案和關鍵策略：

一、硬件選型：低功耗是核心

1. 無線模塊選擇

• Wi-Fi模塊：

• ESP32-C3：支持Wi-Fi 4（802.11b/g/n）和BLE 5.0，休眠電流<5μA。

• Nordic nRF7002：專為低功耗Wi-Fi 6設計，待機功耗比傳統Wi-Fi降低80%。

• 優先選擇支持低功耗模式的模塊，如：

• 藍牙模塊：

• 選用支持BLE 5.0/5.2的模塊，其廣播間隔、連接參數可調，功耗較經典藍牙降低90%。

• 示例：TI CC2652R（BLE 5.2，休眠電流<1μA）。

2. 電源管理芯片（PMIC）

• 功能：

• 動態電壓調節（DVS）：根據負載調整供電電壓（如從3.3V降至1.8V）。

• 負載開關：控制Wi-Fi/藍牙模塊的供電，避免待機漏電。

• 推薦芯片：

• TI TPS62740：超低功耗DC-DC轉換器，效率高達95%，靜態電流僅280nA。

3. 天線與阻抗匹配

• 優化天線效率：

• 使用PCB天線或陶瓷天線，減少信號反射損耗。

• 確保阻抗匹配（50Ω），避免因反射導致模塊額外功耗。

二、通信協議優化：減少活躍時間

1. Wi-Fi與藍牙的分工策略

• 短距離低速數據：優先使用藍牙（如傳感器數據）。

• 高速或遠程傳輸：僅在必要時喚醒Wi-Fi（如固件升級、大量數據上傳）。

• 示例：

• 藍牙：每10秒喚醒一次，傳輸20字節數據后休眠。

• Wi-Fi：每天凌晨2點喚醒，上傳緩存數據后休眠。

2. Wi-Fi低功耗模式

• PSM（Power Save Mode）：

• 模塊在空閑時進入休眠，由接入點（AP）緩存數據，定時喚醒接收。

• DTIM（Delivery Traffic Indication Message）：

• 調整DTIM間隔（如從100ms延長至1秒），減少監聽次數。

3. 藍牙低功耗優化

• 增大連接間隔（Connection Interval）：

• 從默認7.5ms調整為100ms以上，降低通信頻率。

• 擴展廣播（Extended Advertising）：

• 替代傳統廣播，支持更長的數據包和更低的占空比。

三、電源管理策略：降低靜態功耗

1. 深度休眠（Deep Sleep）

• 實現方式：

• 關閉Wi-Fi/藍牙模塊時鐘，僅保留RTC（實時時鐘）和RAM保留。

• 示例：ESP32-C3深度休眠電流<5μA。

• 喚醒機制：

• 使用RTC定時器或外部中斷（如按鍵、傳感器觸發）喚醒。

2. 動態電壓與頻率調整（DVFS）

• 原理：

• 根據任務負載動態調整MCU主頻和供電電壓。

• 示例：

• 待機時：MCU主頻降至1MHz，電壓降至1.2V。

• 傳輸時：主頻提升至80MHz，電壓升至3.3V。

3. 電池選型與保護

• 電池類型：

• 鋰亞硫酰氯（Li-SOCl?）：高能量密度，自放電率低（<1%/年），適合長期部署。

• 鋰離子聚合物（LiPo）：可充電，但需注意過充/過放保護。

• 電池保護電路：

• 集成過壓、過流、欠壓保護（如DW01芯片）。

四、實際案例與數據對比

案例1：智能環境監測節點

• 優化前：

• Wi-Fi持續掃描，藍牙持續廣播，續航僅7天。

• 優化后：

• Wi-Fi每天喚醒1次（上傳數據），藍牙廣播間隔設為10秒，續航延長至180天。

案例2：可穿戴設備（Wi-Fi+BLE）

• 優化前：

• 每分鐘同步一次數據，Wi-Fi模塊功耗占比60%，續航3天。

• 優化后：

• BLE每5分鐘同步一次，Wi-Fi僅在充電時啟用，續航延長至30天。

五、關鍵參數對比表

六、推薦方案與總結

1. 推薦硬件組合

• MCU：ESP32-C3（Wi-Fi 4 + BLE 5.0，休眠電流<5μA）。

• 電源管理：TI TPS62740（超低功耗DC-DC）+ 鋰亞硫酰氯電池。

• 天線：PCB天線+阻抗匹配網絡。

2. 軟件優化核心

• Wi-Fi：僅在必要時喚醒，使用PSM模式，延長DTIM間隔。

• 藍牙：增大連接間隔，使用擴展廣播，減少廣播頻率。

• MCU：動態調整主頻和電壓，深度休眠為主。

3. 終極目標

• 功耗分配：

• 通信功耗占比從70%降至<10%。

• 休眠功耗占比從10%提升至>80%。

• 續航提升：

• 從數天延長至數月甚至數年（如結合能量收集技術）。

七、擴展優化：能量收集技術

• 太陽能：在戶外場景，使用微型太陽能板（如SPV1040芯片）為電池補充電量。

• 振動/熱能：利用環境能量為電池充電（如LTC3588-1壓電能量收集芯片）。

通過硬件選型、協議優化和電源管理的綜合策略，Wi-Fi/藍牙雙模物聯網設備的電池續航可提升10-50倍，滿足低功耗場景的長期部署需求。