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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Mala potrošnja energije iznimno je važan koncept u Internetu stvari. Većina IoT čvorova moraju se napajati baterijama. Samo ispravnim mjerenjem potrošnje energije bežičnog modula možemo točno 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, obično korištena baterija s gumbom CR2032, nominalni kapacitet jedne baterije je 200 mAh, a zapravo se može koristiti samo 140 mAh.

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 se mjeri za mjerenje struje, a ovdje je podijeljen na dva različita ispitivanja struje mirovanja i dinamičke struje. Kad je modul u stanju mirovanja ili pripravnosti, jer se struja ne mijenja, zadržite statičku vrijednost, nazivamo je struja mirovanja. U ovom trenutku za mjerenje možemo koristiti tradicionalni multimetar, samo je potrebno spojiti multimetar u seriju s pinom za napajanje kako bismo dobili potrebnu mjernu vrijednost, kao što je prikazano na slici 1.

Korak 2:

Prilikom mjerenja emisijske struje u normalnom načinu 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 morate koristiti osciloskop i sondu za mjerenje. Rezultat mjerenja prikazan je na slici 2.

Korak 3: Drugo, izračun trajanja baterije

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

Korak 4:

Gore navedeni podaci dolaze iz našeg proizvoda LM400TU. Prema gornjoj slici, interval prijenosa između dva prijenosna paketa 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. Što ako produžimo svoje radno vrijeme na jedan sat? Slično, gornjom se formulom može izračunati 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 produljenje vremena mirovanja može smanjiti potrošnju energije cijelog stroja, tako da uređaj može raditi dulje. 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 pakiranja, 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 emisijsku struju modula, otkrili smo da je postavljanje antene imalo veliki utjecaj na rezultate ispitivanja. Prilikom mjerenja antenom, struja proizvoda je 120 mA, ali ako je antena odšrafljena, ispitna struja se povećava 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 korisnicima da prođu test prilikom procjene bežičnog modula.

U prethodnim izračunima, kada je prijenosni interval sve duži, radni ciklus radne struje sve je manji, a najveći faktor koji utječe na potrošnju energije cijelog stroja je ISleep. Što je ISleep manji, to će životni vijek proizvoda biti duži. Ova je vrijednost općenito bliska podacima o čipu, ali često se susrećemo s velikom količinom struje mirovanja u testu povratnih informacija kupaca, zašto?

Ovaj problem često uzrokuje konfiguracija MCU -a. Prosječna potrošnja MCU snage jednog MCU -a može doseći razinu mA. Drugim riječima, ako slučajno propustite ili ne podudarate stanje IO priključka, vjerojatno će se uništiti prethodni dizajn male snage. Uzmimo mali primjer kao primjer da vidimo koliko problem utječe.

Korak 6:

U procesu ispitivanja na slikama 4 i 5, ispitni 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 ulazni pull-down ili pull-up, a ispitana struja je 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 slike 3 drže konstantnim, interval prijenosa je 1 sat, što dovodi do različitih proračuna struje mirovanja. 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 iz baterije CR2032 kapaciteta 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 sljedeća načela dizajna kako bi se povećalo trajanje korištenja bežičnog modula:

1. Pod uvjetom da zadovolje zahtjeve kupaca za primjenu, produžiti interval slanja paketa što je više moguće i smanjiti radnu struju tijekom radnog razdoblja;

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 jezgroviti modul male snage koji je razvila ZLG Zhiyuan Electronics. Modul je dizajniran s LoRa modulacijskom tehnologijom izvedenom iz vojnog komunikacijskog sustava. 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 protokol prijenosa samoorganizirajuće mreže, podržava korisničku samoorganizirajuću mrežu s jednim gumbom i pruža namjenski protokol očitanja brojila, protokol CLAA i protokol LoRaWAN. Korisnici mogu izravno razvijati aplikacije bez trošenja puno vremena na protokol.