Как правилно да измерваме консумацията на енергия на модулите за безжична комуникация в епохата на ниска консумация на енергия?: 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Ниската консумация на енергия е изключително важно понятие в Интернет на нещата. Повечето IoT възли трябва да се захранват от батерии. Само чрез правилно измерване на консумацията на енергия на безжичния модул можем да преценим точно колко батерия е необходима за 5-годишния живот на батерията. Тази статия ще ви обясни подробните методи за измерване.

В много приложения на Интернет на нещата терминалните устройства обикновено се захранват от батерии и имат ограничена налична мощност. Поради саморазреждането на батерията, реалното използване на електроенергия в най-лошия случай е само около 70% от номиналната мощност. Например, често използваната батерия с бутон CR2032, номиналният капацитет на една батерия е 200mAh и всъщност може да се използва само 140mAh.

Тъй като мощността на батерията е толкова ограничена, важно е да се намали консумацията на енергия на продукта! Нека да разгледаме често използваните методи за измерване на консумацията на енергия. Само когато тези методи за измерване на консумацията на енергия са ясни, консумацията на енергия на продукта може да бъде оптимизирана.

Стъпка 1: Първо, измерване на консумацията на енергия

Тестът за консумация на енергия на безжичния модул е предимно за измерване на тока и тук е разделен на два различни теста за ток на покой и динамичен ток. Когато модулът е в режим на заспиване или готовност, тъй като токът не се променя, запазете статична стойност, ние го наричаме ток на покой. По това време можем да използваме традиционен мултицет за измерване, просто трябва да свържем последователно мултицет с щифта на захранването, за да получим необходимата стойност на измерване, както е показано на фигура 1.

Стъпка 2:

При измерване на емисионния ток в нормалния режим на работа на модула, общият ток е в състояние на промяна поради краткото време, необходимо за предаване на сигнал. Наричаме го динамичен ток. Времето за реакция на мултицета е бавно, трудно е да се улови променящият се ток, така че не можете да използвате мултицета за измерване. За да промените тока, трябва да използвате осцилоскопа и токовата сонда за измерване. Резултатът от измерването е показан на фигура 2.

Стъпка 3: Второ, изчисляване на живота на батерията

Безжичните модули често имат два режима на работа, режим на работа и режим на заспиване, както е показано на фигура 3 по -долу.

Стъпка 4:

Горните данни идват от нашия продукт LM400TU. Съгласно горната фигура, интервалът на предаване между два пакета за предаване е 1000ms, а средният ток се изчислява:

С други думи, средният ток е около 2,4 mA за 1 секунда. Ако използвате захранване CR2032, в идеалния случай можете да използвате около 83 часа, около 3,5 дни. Ами ако удължим работното си време до един час? По подобен начин може да се изчисли по горната формула, че средният ток на час е само 1,67uA. Същата секция на батерията CR2032 може да поддържа оборудването да работи 119, 760 часа, около 13 години! От сравнението на горните два примера увеличаването на времевия интервал между изпращането на пакети и удължаването на времето за заспиване може да намали консумацията на енергия на цялата машина, така че устройството да може да работи по -дълго. Ето защо продуктите в индустрията за четене на безжични измервателни уреди обикновено се използват дълго време, защото изпращат данни само веднъж на ден.

Стъпка 5: Трето, често срещани проблеми и причини за захранването

За да се осигури ниската консумация на енергия на продукта, в допълнение към увеличаването на времето за пакетен интервал, има и намаляване на текущата консумация на самия продукт, тоест споменатите по -горе Iwork и ISleep. При нормални обстоятелства тези две стойности трябва да са в съответствие с листа с данни за чипа, но ако потребителят не се използва правилно, може да има проблеми. Когато тествахме емисионния ток на модула, установихме, че инсталирането на антената има голямо влияние върху резултатите от теста. При измерване с антена токът на продукта е 120mA, но ако антената е изключена, изпитвателният ток се покачва до близо 150mA. Аномалията на консумацията на енергия в този случай се причинява главно от несъответствието на RF края на модула, което води до ненормална работа на вътрешния PA. Затова препоръчваме на клиентите да преминат теста, когато оценяват безжичния модул.

В предишните изчисления, когато интервалът на предаване става все по -дълъг, работният цикъл на работния ток става все по -малък, а най -големият фактор, влияещ върху консумацията на енергия на цялата машина, е ISleep. Колкото по -малък е ISleep, толкова по -дълъг ще бъде животът на продукта. Тази стойност обикновено е близка до листа с данни за чипа, но често срещаме голямо количество ток на заспиване в теста за обратна връзка с клиентите, защо?

Този проблем често се причинява от конфигурацията на MCU. Средната консумация на мощност на MCU на единичен MCU може да достигне нивото на mA. С други думи, ако случайно пропуснете или несъответствате на състоянието на IO порт, е вероятно да разрушите предишния дизайн с ниска мощност. Нека вземем малък експеримент като пример, за да видим доколко проблемът засяга.

Стъпка 6:

В процеса на тестване на Фигура 4 и Фигура 5 тестовият обект е един и същ продукт и същата конфигурация е режимът на заспиване на модула, който очевидно може да види разликата в резултатите от теста. На фигура 4 всички IO са конфигурирани за излизане или издърпване на входа, а тестваният ток е само 4,9uA. На фигура 5 само два от IO са конфигурирани като плаващи входове и резултатът от теста е 86.1uA.

Ако работният ток и продължителността на Фигура 3 се поддържат постоянни, интервалът на предаване е 1 час, което води до различни изчисления на тока на заспиване. Според резултатите от фиг. 4 средният ток на час е 5.57 uA, а според фиг. 5 е 86.77 uA, което е около 16 пъти. Използвайки и захранване с батерия CR2032 с капацитет 200 mAh, продуктът според конфигурацията на Фигура 4 може да работи нормално за около 4 години, а според конфигурация на Фигура 5 този резултат е само за около 3 месеца! Както може да се види от горните примери, следва да се следват следните принципи на проектиране, за да се увеличи максимално продължителността на използване на безжичния модул:

1. При условие, че отговаря на изискванията на клиентите за приложения, удължете максимално интервала на изпращане на пакети и намалете работния ток през работния период;

2. Състоянието на IO на MCU трябва да бъде правилно конфигурирано. MCU на различни производители могат да имат различни конфигурации. Вижте официалните данни за подробности.

LM400TU е ядрен модул LoRa с ниска мощност, разработен от ZLG Zhiyuan Electronics. Модулът е проектиран с модулационна технология LoRa, получена от военна комуникационна система. Той комбинира уникална технология за обработка, разширяваща спектъра, за перфектно решаване на малък обем данни в сложна среда. Проблемът с комуникацията на ултра дълги разстояния. Прозрачният модул за предаване на мрежата LoRa вгражда прозрачен протокол за предаване на самоорганизираща се мрежа, поддържа самоорганизиращата се мрежа с един бутон на потребителя и предоставя специален протокол за четене на измервателни уреди, протокол CLAA и протокол LoRaWAN. Потребителите могат директно да разработват приложения, без да харчат много време за протокола.