Kako pravilno izmeriti porabo energije brezžičnih komunikacijskih modulov v dobi nizke porabe energije?: 6 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Nizka poraba energije je izredno pomemben koncept v internetu stvari. Večino vozlišč IoT je treba napajati iz baterij. Samo s pravilnim merjenjem porabe energije brezžičnega modula lahko natančno ocenimo, koliko baterije je potrebno za 5-letno življenjsko dobo baterije. Ta članek vam bo razložil podrobne merilne metode.

V mnogih aplikacijah interneta stvari se terminalske naprave običajno napajajo iz baterije in imajo omejeno razpoložljivo moč. Zaradi samopraznjenja baterije je dejanska poraba električne energije v najslabšem primeru le približno 70% nazivne moči. Na primer običajno uporabljena gumbna baterija CR2032, nazivna zmogljivost ene baterije je 200 mAh, dejansko pa je mogoče uporabiti le 140 mAh.

Ker je moč baterije tako omejena, je pomembno zmanjšati porabo energije izdelka! Oglejmo si pogosto uporabljene metode merjenja porabe energije. Šele ko so te metode merjenja porabe energije jasne, se lahko poraba energije izdelka optimizira.

1. korak: Najprej merjenje porabe energije

Preizkus porabe energije brezžičnega modula je namenjen predvsem merjenju toka in je razdeljen na dva različna testa mirujočega toka in dinamičnega toka. Ko je modul v stanju spanja ali pripravljenosti, ker se tok ne spreminja, ohranite statično vrednost, temu pravimo tok mirovanja. Trenutno lahko za merjenje uporabimo tradicionalni multimeter, le serijsko moramo povezati multimeter z napajalnim zatičem, da dobimo zahtevano vrednost meritve, kot je prikazano na sliki 1.

2. korak:

Pri merjenju emisijskega toka v normalnem načinu delovanja modula je skupni tok v stanju spremembe zaradi kratkega časa, ki je potreben za prenos signala. Imenujemo ga dinamični tok. Odzivni čas multimetra je počasen, težko je zajeti spreminjajoči se tok, zato multimetra ne morete uporabiti za merjenje. Za spreminjanje toka morate za merjenje uporabiti osciloskop in sondo za tok. Rezultat merjenja je prikazan na sliki 2.

3. korak: Drugič, izračun življenjske dobe baterije

Brezžični moduli imajo pogosto dva načina delovanja, način delovanja in način mirovanja, kot je prikazano na sliki 3 spodaj.

4. korak:

Zgornji podatki izvirajo iz našega izdelka LM400TU. V skladu z zgornjo sliko je interval prenosa med dvema paketoma prenosa 1000 ms in izračuna se povprečni tok:

Z drugimi besedami, povprečni tok je približno 2,4 mA v 1 sekundi. Če uporabljate napajalnik CR2032, lahko v idealnem primeru porabite približno 83 ur, približno 3,5 dni. Kaj pa, če svoj delovni čas podaljšamo na eno uro? Podobno se lahko po zgornji formuli izračuna, da je povprečni tok na uro le 1,67uA. Isti del baterije CR2032 lahko podpira opremo, da deluje 119, 760 ur, približno 13 let! Iz primerjave zgornjih dveh primerov lahko povečanje časovnega intervala med pošiljanjem paketov in podaljšanje časa spanja zmanjša porabo energije celotnega stroja, tako da lahko naprava deluje dlje. Zato se izdelki v industriji odčitavanja brezžičnih števcev običajno uporabljajo dlje časa, ker pošiljajo podatke le enkrat na dan.

5. korak: Tretjič, pogoste težave in vzroki napajanja

Da bi zagotovili nizko porabo energije izdelka, poleg podaljšanja časovnega intervala med paketi pride tudi do zmanjšanja trenutne porabe samega izdelka, torej zgoraj omenjenih Iwork in ISleep. V normalnih okoliščinah morata biti ti dve vrednosti skladni s podatkovnim listom čipa, če pa uporabnika ne uporabljamo pravilno, lahko pride do težav. Ko smo testirali emisijski tok modula, smo ugotovili, da je namestitev antene močno vplivala na rezultate preskusov. Pri merjenju z anteno je tok izdelka 120 mA, če pa je antena odklopljena, se preskusni tok dvigne na skoraj 150 mA. Anomalija porabe energije v tem primeru je predvsem posledica neujemanja RF konca modula, zaradi česar notranji PA deluje nenormalno. Zato strankam priporočamo, da opravijo preizkus pri ocenjevanju brezžičnega modula.

V prejšnjih izračunih, ko je prenosni interval vedno daljši, je obratovalni cikel delovnega toka vedno manjši, največji dejavnik, ki vpliva na porabo energije celotnega stroja, pa je zaspanost. Manjši kot je ISleep, daljša bo življenjska doba izdelka. Ta vrednost je na splošno blizu podatkovnega lista čipov, vendar pogosto na testu povratnih informacij strank naletimo na veliko količino mirovanja, zakaj?

To težavo pogosto povzroči konfiguracija MCU. Povprečna poraba energije enega MCU -ja lahko doseže raven mA. Z drugimi besedami, če pomotoma zgrešite ali se ne ujemate z vhodom IO, bo to verjetno uničilo prejšnjo zasnovo z nizko porabo energije. Vzemimo za primer majhen poskus, da vidimo, kako težava vpliva.

6. korak:

V preskusnem procesu na slikah 4 in 5 je preskusni objekt enak izdelek in ista konfiguracija je način mirovanja modula, ki očitno vidi razliko v rezultatih preskusov. Na sliki 4 so vsi IO-ji konfigurirani za vhodni pull-down ali pull-up, preizkušeni tok pa znaša le 4,9uA. Na sliki 5 sta samo dva IO -ja konfigurirana kot plavajoči vhodi, rezultat testa pa je 86,1uA.

Če sta obratovalni tok in trajanje slike 3 konstantna, je interval prenosa 1 ura, kar prinaša različne izračune toka spanja. Po rezultatih slike 4 je povprečni tok na uro 5,57 uA, po sliki 5 pa 86,77 uA, kar je približno 16 -krat. Tudi z 200 mAh napajanjem iz baterije CR2032 lahko izdelek v skladu s konfiguracijo na sliki 4 deluje normalno približno 4 leta, v skladu s konfiguracijo na sliki 5 pa je ta rezultat le približno 3 mesece! Kot je razvidno iz zgornjih primerov, je treba za čim večjo uporabo brezžičnega modula upoštevati naslednja načela oblikovanja:

1. Pod pogojem, da izpolnjujejo zahteve strank glede uporabe, kolikor je mogoče podaljšati interval pošiljanja paketov in zmanjšati delovni tok med delovnim obdobjem;

2. Status IO MCU mora biti pravilno konfiguriran. MCU različnih proizvajalcev imajo lahko različne konfiguracije. Za podrobnosti glejte uradne podatke.

LM400TU je jedrni modul LoRa z nizko porabo energije, ki ga je razvila ZLG Zhiyuan Electronics. Modul je zasnovan z modulacijsko tehnologijo LoRa, ki izhaja iz vojaškega komunikacijskega sistema. Združuje edinstveno tehnologijo obdelave širitve spektra za popolno reševanje majhne količine podatkov v kompleksnem okolju. Problem komunikacije na dolge razdalje. Transparentni prenosni modul omrežja LoRa vključuje transparentni prenosni protokol samoorganizirajočega se omrežja, podpira uporabnikovo samoorganizirajoče se omrežje z enim gumbom in ponuja namenski protokol odčitavanja števcev, protokol CLAA in protokol LoRaWAN. Uporabniki lahko neposredno razvijajo aplikacije, ne da bi porabili veliko časa za protokol.