Kako ispravno mjeriti potrošnju energije bežičnih komunikacijskih modula u doba niske potrošnje energije?: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Mala potrošnja energije izuzetno je važan koncept u Internetu stvari. Većina IoT čvorova moraju se napajati baterijama. Samo pravilnim mjerenjem potrošnje energije bežičnog modula možemo precizno procijeniti koliko je baterije potrebno za 5-godišnje trajanje baterije. Ovaj članak će vam objasniti detaljne metode mjerenja.

U mnogim aplikacijama Interneta stvari, terminalni uređaji obično se napajaju iz baterija i imaju ograničenu dostupnu snagu. Zbog samopražnjenja baterije, stvarna potrošnja električne energije u najgorem slučaju iznosi samo oko 70% nazivne snage. Na primjer, uobičajeno korištena tipkovna baterija CR2032, nominalni kapacitet jedne baterije je 200mAh, a zapravo se može koristiti samo 140mAh.

Budući da je snaga baterije toliko ograničena, važno je smanjiti potrošnju energije proizvoda! Pogledajmo uobičajeno korištene metode mjerenja potrošnje energije. Samo kada su ove metode mjerenja potrošnje energije jasne, može se optimizirati potrošnja energije proizvoda.

Korak 1: Prvo, Mjerenje potrošnje energije

Test potrošnje energije bežičnog modula uglavnom je za mjerenje struje, a ovdje je podijeljen na dva različita testa struje mirovanja i dinamičke struje. Kada je modul u stanju spavanja ili pripravnosti, jer se struja ne mijenja, zadržite statičku vrijednost, nazivamo je struja mirovanja. U ovom trenutku možemo koristiti tradicionalni multimetar za mjerenje, samo je potrebno spojiti multimetar u seriju sa pinom za napajanje kako bismo dobili potrebnu mjernu vrijednost, kao što je prikazano na slici 1.

Korak 2:

Prilikom mjerenja emisijske struje normalnog načina rada modula, ukupna struja je u stanju promjene zbog kratkog vremena potrebnog za prijenos signala. Zovemo ga dinamička struja. Vrijeme odziva multimetra je sporo, teško je uhvatiti promjenjivu struju, pa ne možete koristiti multimetar za mjerenje. Za promjenu struje potrebno je koristiti osciloskop i sondu za mjerenje. Rezultat mjerenja prikazan je na slici 2.

Korak 3: Drugo, proračun vijeka trajanja baterije

Bežični moduli često imaju dva načina rada, način rada i stanje mirovanja, kao što je prikazano na slici 3 ispod.

Korak 4:

Gore navedeni podaci dolaze iz našeg proizvoda LM400TU. Prema gornjoj slici, interval prijenosa između dva paketa prijenosa je 1000 ms, a izračunava se prosječna struja:

Drugim riječima, prosječna struja je oko 2,4 mA u 1 sekundi. Ako koristite napajanje CR2032, idealno možete koristiti oko 83 sata, oko 3,5 dana. Šta ako produžimo radno vrijeme na jedan sat? Slično, može se izračunati gornjom formulom da je prosječna struja po satu samo 1,67uA. Isti dio baterije CR2032 može podržati rad opreme 119, 760 sati, oko 13 godina! Iz usporedbe gornja dva primjera, povećanje vremenskog intervala između slanja paketa i produženje vremena mirovanja može smanjiti potrošnju energije cijele mašine, tako da uređaj može raditi duže. Zbog toga se proizvodi u industriji očitavanja bežičnih brojila općenito koriste dulje vrijeme jer šalju podatke samo jednom dnevno.

Korak 5: Treće, uobičajeni problemi i uzroci napajanja

Kako bi se osigurala niska potrošnja energije proizvoda, osim povećanja vremena intervala paketa, dolazi i do smanjenja trenutne potrošnje samog proizvoda, odnosno gore spomenutih Iwork i ISleep. U normalnim okolnostima, ove dvije vrijednosti trebale bi biti u skladu s podacima o čipu, ali ako se korisnik ne koristi pravilno, može doći do problema. Kada smo testirali emisionu struju modula, otkrili smo da je postavljanje antene imalo veliki utjecaj na rezultate ispitivanja. Prilikom mjerenja s antenom, struja proizvoda je 120 mA, ali ako se antena odvrne, ispitna struja skoči na gotovo 150 mA. Anomalija potrošnje energije u ovom slučaju uglavnom je uzrokovana neusklađenošću RF kraja modula, zbog čega unutarnji PA radi abnormalno. Stoga preporučujemo kupcima da pristupe testiranju prilikom procjene bežičnog modula.

U prethodnim proračunima, kada je interval prijenosa sve duži, radni ciklus radne struje sve je manji, a najveći faktor koji utječe na potrošnju energije cijele mašine je ISleep. Što je ISleep manji, duži će biti vijek trajanja proizvoda. Ova vrijednost je općenito bliska podacima o čipu, ali često nailazimo na veliku količinu struje mirovanja u testu povratnih informacija kupaca, zašto?

Ovaj problem često uzrokuje konfiguracija MCU -a. Prosječna potrošnja MCU jedinice za jedan MCU može doseći nivo mA. Drugim riječima, ako slučajno propustite ili ne podudarate stanje IO porta, to će vjerojatno uništiti prethodni dizajn male snage. Uzmimo mali eksperiment kao primjer da vidimo koliko problem utječe.

Korak 6:

U procesu testiranja na slikama 4 i 5, testni objekt je isti proizvod, a ista konfiguracija je modus mirovanja modula, koji očito može vidjeti razliku u rezultatima ispitivanja. Na slici 4, svi IO-i su konfigurirani za povlačenje ili povlačenje ulaza, a testirana struja iznosi samo 4,9uA. Na slici 5, samo su dva IO -a konfigurirana kao plutajući ulazi, a rezultat testa je 86,1uA.

Ako se radna struja i trajanje sa slike 3 drže konstantnim, interval prijenosa je 1 sat, što dovodi do različitih proračuna struje spavanja. Prema rezultatima slike 4, prosječna struja na sat iznosi 5,57 uA, a prema slici 5 86,77 uA, što je oko 16 puta. Također koristeći napajanje baterijom CR2032 od 200 mAh, proizvod prema konfiguraciji sa slike 4, može normalno raditi oko 4 godine, a prema konfiguraciji sa slike 5, ovaj rezultat je samo oko 3 mjeseca! Kao što se može vidjeti iz gornjih primjera, potrebno je slijediti sljedeće principe dizajna kako bi se maksimiziralo trajanje korištenja bežičnog modula:

1. Pod uslovom da zadovolje aplikacijske zahtjeve kupaca, produžiti interval slanja paketa što je više moguće i smanjiti radnu struju tokom radnog perioda;

2. IO status MCU -a mora biti ispravno konfiguriran. MCU -ovi različitih proizvođača mogu imati različite konfiguracije. Za detalje pogledajte službene podatke.

LM400TU je LoRa jezgrani modul male snage koji je razvila ZLG Zhiyuan Electronics. Modul je dizajniran sa LoRa modulacionom tehnologijom izvedenom iz vojnog komunikacionog sistema. Kombinira jedinstvenu tehnologiju obrade za proširenje spektra za savršeno rješavanje male količine podataka u složenom okruženju. Problem komunikacije na velike udaljenosti. Transparentni prijenosni modul LoRa mreže ugrađuje transparentni prijenosni protokol samoorganizirajuće mreže, podržava korisničku samoorganizirajuću mrežu s jednim gumbom i pruža namjenski protokol očitanja brojila, CLAA protokol i LoRaWAN protokol. Korisnici mogu izravno razvijati aplikacije bez trošenja puno vremena na protokol.