Қуатты аз тұтыну дәуірінде сымсыз байланыс модульдерінің тұтынылатын энергиясын қалай дұрыс өлшеуге болады ?: 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Қуатты аз тұтыну - заттар Интернетінде өте маңызды ұғым. IoT түйіндерінің көпшілігі батареялармен қоректенуі керек. Тек сымсыз модульдің қуат тұтынуын дұрыс өлшеу арқылы біз батареяның 5 жылдық қызмет ету мерзіміне қанша батарея қажет екенін дәл бағалай аламыз. Бұл мақалада сізге егжей -тегжейлі өлшеу әдістері түсіндіріледі.

Заттар Интернетінің көптеген қосымшаларында терминалды құрылғылар әдетте батареямен жұмыс істейді және шектеулі қол жетімді қуатқа ие. Батареяның өздігінен разрядталуына байланысты электр энергиясын нақты пайдалану ең нашар жағдайда номиналды қуаттың шамамен 70% құрайды. Мысалы, жиі қолданылатын CR2032 батырмалы батарея, бір батареяның номиналды сыйымдылығы 200 мАч құрайды, ал іс жүзінде 140 мАч ғана қолдануға болады.

Батареяның қуаты шектеулі болғандықтан, өнімнің тұтынылатын қуатын азайту маңызды! Энергия шығынын өлшеудің жиі қолданылатын әдістерін қарастырайық. Қуат тұтынуды өлшеудің осы әдістері анық болған кезде ғана өнімнің энергия шығынын оңтайландыруға болады.

1 -қадам: Біріншіден, қуатты тұтынуды өлшеу

Сымсыз модульдің қуатты тұтыну сынағы негізінен ток күшін өлшеуге арналған және мұнда тыныш және динамикалық токтың екі түрлі сынағына бөлінеді. Модуль ұйқы немесе күту күйінде болғанда, ток өзгермейтіндіктен, статикалық мәнді сақтаңыз, біз оны тыныш ток деп атаймыз. Бұл кезде біз өлшеу үшін дәстүрлі мультиметрді қолдана аламыз, 1 -суретте көрсетілгендей, қажетті өлшеу мәнін алу үшін мультиметрді қоректендіру түйреуішімен сериялы түрде қосу қажет.

2 -қадам:

Модульдің қалыпты жұмыс режимінің эмиссиялық тогын өлшеу кезінде сигналды беру үшін қажет қысқа уақытқа байланысты жалпы ток өзгеру жағдайында болады. Біз оны динамикалық ток деп атаймыз. Мультиметрдің жауап беру уақыты баяу, өзгермелі токты түсіру қиын, сондықтан өлшеу үшін мультиметрді қолдануға болмайды. Токты өзгерту үшін осциллограф пен ток зондын өлшеу қажет. Өлшеу нәтижесі 2 -суретте көрсетілген.

3 -қадам: Екіншіден, батареяның қызмет ету мерзімін есептеу

Сымсыз модульдер көбінесе төмендегі 3 -суретте көрсетілгендей екі жұмыс режиміне, жұмыс режиміне және ұйқы режиміне ие.

4 -қадам:

Жоғарыда келтірілген деректер біздің LM400TU өнімінен алынған. Жоғарыда келтірілген суретке сәйкес, екі жіберу пакеті арасындағы жіберу интервалы 1000 мс құрайды және орташа ток есептеледі:

Басқаша айтқанда, орташа ток 1 секундта шамамен 2,4мА құрайды. Егер сіз CR2032 қуат көзін пайдалансаңыз, шамамен 83 сағатты, шамамен 3,5 күнді пайдалана аласыз. Егер жұмыс уақытын бір сағатқа ұзартсақ ше? Сол сияқты жоғарыдағы формуламен есептеуге болады, орташа ток сағатына 1,67уА құрайды. CR2032 батареясының сол бөлімі жабдықты 119, 760 сағат, шамамен 13 жыл жұмыс істей алады! Жоғарыда келтірілген екі мысалды салыстыра отырып, пакеттерді жіберу мен ұйқы уақытын ұзарту арасындағы уақыт аралығын ұлғайту бүкіл машинаның қуат шығынын азайтады, осылайша құрылғы ұзақ жұмыс істей алады. Сондықтан сымсыз есептегіштерді оқу индустриясындағы өнімдер әдетте ұзақ уақыт пайдаланылады, себебі олар деректерді күніне бір рет жібереді.

5 -қадам: Үшіншіден, жалпы қуат проблемалары мен себептері

Өнімнің аз тұтынылуын қамтамасыз ету үшін пакеттік интервалдың уақытын ұлғайтумен қатар, өнімнің өзіндік тұтынуының да төмендеуі байқалады, яғни жоғарыда айтылған Iwork және ISleep. Қалыпты жағдайда бұл екі мән чиптің ақпараттық парағына сәйкес болуы керек, бірақ егер пайдаланушы дұрыс пайдаланылмаса, ақаулар туындауы мүмкін. Біз модульдің эмиссиялық ағынын тексергенде, антеннаны орнату тест нәтижелеріне үлкен әсер еткенін анықтадық. Антеннаның көмегімен өлшеу кезінде өнімнің ток күші 120мА құрайды, бірақ егер антеннаны бұрап тастаса, онда сынақ тогы шамамен 150мА дейін көтеріледі. Бұл жағдайда энергияны тұтынудың ауытқуы, негізінен, модульдің РЖ ұшының сәйкес келмеуінен туындайды, бұл ішкі ПА қалыпты жұмыс істемеуіне әкеледі. Сондықтан тұтынушыларға сымсыз модульді бағалау кезінде тест тапсыруды ұсынамыз.

Алдыңғы есептеулерде, берілу аралығы ұзарған сайын, жұмыс ағымының жұмыс циклы кішірейіп, кішірейеді, ал бүкіл машинаның қуат тұтынуына әсер ететін ең үлкен фактор - бұл ISleep. ISleep неғұрлым аз болса, өнімнің қызмет ету мерзімі соғұрлым ұзақ болады. Бұл мән әдетте чиптің ақпараттық парағына жақын, бірақ біз тұтынушылардың кері байланысын тексеру кезінде ұйқының көп мөлшерін жиі кездестіреміз, неге?

Бұл мәселе көбінесе MCU конфигурациясынан туындайды. Бір MCU -дің MCU орташа тұтыну қуаты мА деңгейіне жетуі мүмкін. Басқаша айтқанда, егер сіз кездейсоқ IO портының күйін жіберіп алсаңыз немесе сәйкес келмесеңіз, ол бұрынғы қуаты аз дизайнды бұзуы мүмкін. Мәселенің қаншалықты әсер ететінін білу үшін шағын эксперимент алайық.

6 -қадам:

4 -сурет пен 5 -суреттегі тестілеу процесінде сынақ объектісі - бұл бірдей өнім, ал конфигурация - бұл модульдің ұйқы режимі, ол тест нәтижелерінің айырмашылығын анық көре алады. 4-суретте барлық IO кіру немесе түсіру үшін конфигурацияланған, ал тексерілген ток тек 4.9uA құрайды. 5 -суретте IO -ның тек екеуі ғана өзгермелі кіріс ретінде конфигурацияланған, ал тест нәтижесі - 86.1uA.

Егер 3 -суреттің жұмыс тогы мен ұзақтығы тұрақты сақталса, беру аралығы 1 сағатты құрайды, бұл әр түрлі ұйқы тогының есептеулерін әкеледі. 4 -суреттің нәтижелері бойынша сағатына орташа ток 5,57 уА, ал 5 -суретке сәйкес 86,77 уА құрайды, бұл шамамен 16 есе. Сондай -ақ, 200mAh CR2032 аккумуляторлық қуат көзін қолдана отырып, 4 -суреттің конфигурациясы бойынша өнім шамамен 4 жыл бойы қалыпты жұмыс істей алады, ал 5 -суреттің конфигурациясына сәйкес, бұл нәтиже шамамен 3 айды құрайды! Жоғарыда келтірілген мысалдардан көрініп тұрғандай, сымсыз модульді пайдалану ұзақтығын жоғарылату үшін келесі дизайн принциптері сақталуы керек:

1. Тапсырыс берушілердің талаптарын қанағаттандыру жағдайында пакеттерді жіберу аралығын мүмкіндігінше ұзартыңыз және жұмыс кезеңінде жұмыс ағынын азайтыңыз;

2. MCU IO күйі дұрыс конфигурациялануы керек. Әр түрлі өндірушілердің MCU әр түрлі конфигурациясы болуы мүмкін. Толық ақпарат алу үшін ресми деректерді қараңыз.

LM400TU-ZLG Zhiyuan Electronics жасаған қуаты төмен LoRa ядролық модулі. Модуль әскери байланыс жүйесінен алынған LoRa модуляция технологиясымен жасалған. Ол күрделі ортада шағын көлемді деректерді шешу үшін спектрді кеңейтудің бірегей технологиясын біріктіреді. Ультра қалааралық байланыс мәселесі. LoRa желісінің мөлдір тарату модулі өзін-өзі ұйымдастыратын желінің мөлдір жіберу протоколына енеді, пайдаланушының бір түймелі өзін-өзі ұйымдастыру желісін қолдайды және есептегіштерді оқу хаттамасын, CLAA хаттамасын және LoRaWAN протоколын ұсынады. Қолданушылар хаттамаға көп уақыт жұмсамай -ақ қосымшаларды тікелей жасай алады.