Com mesurar correctament el consum d'energia dels mòduls de comunicació sense fils en l'era del baix consum d'energia ?: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

El baix consum d’energia és un concepte extremadament important a la Internet de les coses. La majoria de nodes IoT han d’estar alimentats per bateries. Només mesurant correctament el consum d'energia del mòdul sense fils podem estimar amb precisió la quantitat de bateria necessària per a la durada de la bateria de 5 anys. En aquest article s'expliquen els mètodes de mesura detallats.

En moltes aplicacions d'Internet de les coses, els dispositius terminals solen funcionar amb bateries i tenen una potència disponible limitada. A causa de la descàrrega automàtica de la bateria, l'ús real d'electricitat en el pitjor dels casos és només del 70% de la potència nominal. Per exemple, la bateria de botó CR2032 d'ús habitual, la capacitat nominal d'una bateria és de 200 mAh i, en realitat, només es poden utilitzar 140 mAh.

Com que la potència de la bateria és tan limitada, és important reduir el consum d'energia del producte. Fem una ullada als mètodes més utilitzats per mesurar el consum d'energia. Només quan aquests mètodes de mesura del consum d'energia són clars es pot optimitzar el consum d'energia del producte.

Pas 1: primer, mesura del consum d'energia

La prova de consum d'energia del mòdul sense fils consisteix principalment a mesurar el corrent, i aquí es divideix en dues proves diferents de corrent en repòs i corrent dinàmic. Quan el mòdul està en estat d’espera o d’espera, perquè el corrent no canvia, mantingueu un valor estàtic, l’anomenem corrent de repòs. En aquest moment, podem utilitzar un multímetre tradicional per mesurar, només cal connectar un multímetre en sèrie amb el pin de la font d'alimentació per obtenir el valor de mesura requerit, tal com es mostra a la figura 1.

Pas 2:

Quan es mesura el corrent d'emissió del mode de funcionament normal del mòdul, el corrent total es troba en un estat de canvi a causa del poc temps necessari per a la transmissió del senyal. L’anomenem corrent dinàmic. El temps de resposta del multímetre és lent, és difícil captar el corrent canviant, de manera que no podeu utilitzar el multímetre per mesurar. Per canviar el corrent, heu d’utilitzar l’oscil·loscopi i la sonda de corrent per mesurar. El resultat de la mesura es mostra a la figura 2.

Pas 3: segon, el càlcul de la durada de la bateria

Els mòduls sense fils solen tenir dos modes de funcionament, el mode de funcionament i el mode de repòs, tal com es mostra a la figura 3 a continuació.

Pas 4:

Les dades anteriors provenen del nostre producte LM400TU. Segons la figura anterior, l'interval de transmissió entre dos paquets de transmissió és de 1000 ms i es calcula el corrent mitjà:

Dit d’una altra manera, el corrent mitjà és d’uns 2,4 mA en 1 segon. Si utilitzeu una font d’alimentació CR2032, podeu utilitzar idealment unes 83 hores, aproximadament 3,5 dies. Què passa si ampliem l’horari laboral a una hora? De la mateixa manera, es pot calcular mitjançant la fórmula anterior que el corrent mitjà per hora és de només 1,67uA. La mateixa secció de la bateria CR2032 permet que l'equip funcioni 119, 760 hores, uns 13 anys. A partir de la comparació dels dos exemples anteriors, augmentar l'interval de temps entre l'enviament de paquets i ampliar el temps de repòs pot reduir el consum d'energia de tota la màquina, de manera que el dispositiu pugui funcionar més temps. Per això, els productes de la indústria de la lectura de comptadors sense fils s’utilitzen generalment durant molt de temps perquè només envien dades un cop al dia.

Pas 5: tercer, problemes i causes comuns d’energia

Per tal d’assegurar el baix consum d’energia del producte, a més d’incrementar el temps d’interval de paquets, també es redueix el consum actual del producte, és a dir, Iwork i ISleep esmentats anteriorment. En circumstàncies normals, aquests dos valors haurien de ser coherents amb el full de dades del xip, però si l’usuari no s’utilitza correctament, pot haver-hi problemes. Quan vam provar el corrent d’emissió del mòdul, vam comprovar que la instal·lació de l’antena tenia un gran impacte en els resultats de la prova. Quan es mesura amb una antena, el corrent d’un producte és de 120 mA, però si l’antena està descargolada, el corrent de prova s’eleva a gairebé 150 mA. L'anomalia del consum d'energia en aquest cas es deu principalment al desajustament de l'extrem de RF del mòdul, que fa que el PA intern funcioni de manera anormal. Per tant, recomanem que els clients facin la prova en avaluar el mòdul sense fils.

En els càlculs anteriors, quan l’interval de transmissió és cada cop més llarg, el cicle de treball actual és cada vegada més petit i el factor més important que afecta el consum d’energia de tota la màquina és ISleep. Com més petit sigui l’ISleep, més llarga serà la vida del producte. Aquest valor generalment s’acosta al full de dades del xip, però sovint ens trobem amb una gran quantitat de corrent de son en la prova de comentaris dels clients, per què?

Aquest problema sol ser causat per la configuració de la MCU. El consum mitjà d’energia MCU d’una sola MCU pot arribar al nivell de mA. Dit d’una altra manera, si perdeu o desajusteu accidentalment l’estat d’un port IO, és probable que destrueixi el disseny anterior de baixa potència. Prenem un petit experiment com a exemple per veure quant afecta el problema.

Pas 6:

En el procés de prova de la Figura 4 i la Figura 5, l'objecte de prova és el mateix producte i la mateixa configuració és el mode de suspensió del mòdul, que òbviament pot veure la diferència dels resultats de la prova. A la figura 4, totes les E / S estan configurades per al desplegament o al desplegament d’entrada i el corrent provat només és de 4,9 uA. A la figura 5, només dues de les E / S estan configurades com a entrades flotants i el resultat de la prova és de 86,1uA.

Si el corrent de funcionament i la durada de la figura 3 es mantenen constants, l’interval de transmissió és d’1 hora, cosa que comporta diferents càlculs de corrent de son. Segons els resultats de la figura 4, el corrent mitjà per hora és de 5,57 uA i, segons la figura 5, és de 86,77 uA, que és aproximadament 16 vegades. També utilitzant una font d’alimentació de bateria CR2032 de 200 mAh, el producte segons la configuració de la figura 4 pot funcionar normalment durant uns 4 anys i, segons la configuració de la figura 5, aquest resultat només és d’uns 3 mesos. Com es pot observar en els exemples anteriors, cal seguir els principis de disseny següents per maximitzar la durada d'ús del mòdul sense fils:

1. Amb la condició de satisfer els requisits d'aplicació dels clients, amplieu l'interval d'enviament de paquets tant com sigui possible i reduïu el corrent de treball durant el període de treball;

2. L'estat d'E / S de la MCU s'ha de configurar correctament. Les MCU de diferents fabricants poden tenir configuracions diferents. Consulteu les dades oficials per obtenir més informació.

LM400TU és un mòdul bàsic LoRa de baix consum desenvolupat per ZLG Zhiyuan Electronics. El mòdul està dissenyat amb tecnologia de modulació LoRa derivada del sistema de comunicacions militars. Combina tecnologia única de processament d’ampliació d’espectre per resoldre perfectament un volum de dades reduït en entorns complexos. El problema de la comunicació ultra llarga distància. El mòdul de transmissió transparent de xarxa LoRa incorpora el protocol de transmissió transparent de xarxa autoorganitzable, admet la xarxa autoorganitzadora amb un sol botó de l’usuari i proporciona un protocol de lectura de comptadors dedicat, protocol CLAA i protocol LoRaWAN. Els usuaris poden desenvolupar aplicacions directament sense dedicar molt de temps al protocol.