Kā pareizi izmērīt bezvadu sakaru moduļu enerģijas patēriņu zema enerģijas patēriņa laikmetā?: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Zems enerģijas patēriņš ir ārkārtīgi svarīgs jēdziens lietiskajā internetā. Lielākajai daļai IoT mezglu ir jābūt barotiem ar baterijām. Tikai pareizi izmērot bezvadu moduļa enerģijas patēriņu, mēs varam precīzi novērtēt, cik daudz akumulatora ir nepieciešams 5 gadu akumulatora darbības laikam. Šajā rakstā tiks izskaidrotas detalizētas mērīšanas metodes.

Daudzās lietiskā interneta lietojumprogrammās termināļa ierīces parasti tiek darbinātas ar baterijām un tām ir ierobežota pieejamā jauda. Sakarā ar akumulatora pašizlādi, faktiskais elektroenerģijas patēriņš sliktākajā gadījumā ir tikai aptuveni 70% no nominālās jaudas. Piemēram, parasti izmantotais CR2032 pogu akumulators, viena akumulatora nominālā ietilpība ir 200mAh, un faktiski var izmantot tikai 140mAh.

Tā kā akumulatora jauda ir tik ierobežota, ir svarīgi samazināt izstrādājuma enerģijas patēriņu! Apskatīsim visbiežāk izmantotās enerģijas patēriņa mērīšanas metodes. Tikai tad, ja šīs elektroenerģijas patēriņa mērīšanas metodes ir skaidras, var optimizēt produkta enerģijas patēriņu.

1. solis: Pirmkārt, enerģijas patēriņa mērīšana

Bezvadu moduļa enerģijas patēriņa tests galvenokārt ir paredzēts strāvas mērīšanai, un šeit tas ir sadalīts divos dažādos mierīgas strāvas un dinamiskās strāvas testos. Kad modulis atrodas miega vai gaidstāves stāvoklī, jo strāva nemainās, saglabājiet statisku vērtību, mēs to saucam par mierīgu strāvu. Šobrīd mērīšanai varam izmantot tradicionālo multimetru, tikai nepieciešams sērijveidā savienot multimetru ar strāvas padeves tapu, lai iegūtu nepieciešamo mērījumu vērtību, kā parādīts 1. attēlā.

2. darbība:

Mērot moduļa parastā darbības režīma emisijas strāvu, kopējā strāva ir mainīgā stāvoklī, jo signāla pārraidei nepieciešams īss laiks. Mēs to saucam par dinamisku strāvu. Multimetra reakcijas laiks ir lēns, ir grūti uztvert mainīgo strāvu, tāpēc mērīšanai nevar izmantot multimetru. Lai mainītu strāvu, mērīšanai jāizmanto osciloskops un strāvas zonde. Mērījumu rezultāts ir parādīts 2. attēlā.

3. solis: otrkārt, akumulatora darbības laika aprēķins

Bezvadu moduļiem bieži ir divi darbības režīmi, darba režīms un miega režīms, kā parādīts 3. attēlā.

4. solis:

Iepriekš minētie dati ir iegūti no mūsu LM400TU produkta. Saskaņā ar iepriekš redzamo attēlu, pārraides intervāls starp divām pārraides paketēm ir 1000 ms, un tiek aprēķināta vidējā strāva:

Citiem vārdiem sakot, vidējā strāva ir aptuveni 2,4 mA 1 sekundē. Ja izmantojat barošanas avotu CR2032, ideālā gadījumā varat izmantot aptuveni 83 stundas, apmēram 3,5 dienas. Ko darīt, ja mēs pagarinām darba laiku līdz vienai stundai? Līdzīgi pēc iepriekšminētās formulas var aprēķināt, ka vidējā strāva stundā ir tikai 1,67uA. Tā pati CR2032 akumulatora sadaļa var atbalstīt iekārtas darbu 119, 760 stundas, apmēram 13 gadus! Salīdzinot iepriekš minētos divus piemērus, palielinot laika intervālu starp pakešu nosūtīšanu un miega laika pagarināšanu, var samazināt visas mašīnas enerģijas patēriņu, lai ierīce varētu strādāt ilgāk. Tāpēc bezvadu skaitītāju nolasīšanas nozares produkti parasti tiek izmantoti ilgu laiku, jo tie sūta datus tikai vienu reizi dienā.

5. solis: Treškārt, kopējās barošanas problēmas un cēloņi

Lai nodrošinātu produkta zemo enerģijas patēriņu, papildus pakešu intervāla laika palielināšanai tiek samazināts arī paša produkta pašreizējais patēriņš, tas ir, iepriekš minētie Iwork un ISleep. Normālos apstākļos šīm divām vērtībām jāatbilst mikroshēmas datu lapai, taču, ja lietotājs netiek izmantots pareizi, var rasties problēmas. Pārbaudot moduļa emisijas strāvu, mēs atklājām, ka antenas uzstādīšana lielā mērā ietekmēja testa rezultātus. Mērot ar antenu, produkta strāva ir 120 mA, bet, ja antena ir atskrūvēta, testa strāva palielinās līdz gandrīz 150 mA. Enerģijas patēriņa anomāliju šajā gadījumā galvenokārt izraisa moduļa RF gala neatbilstība, kā rezultātā iekšējā PA darbojas neparasti. Tāpēc mēs iesakām klientiem veikt pārbaudi, novērtējot bezvadu moduli.

Iepriekšējos aprēķinos, kad pārraides intervāls kļūst arvien garāks, darba strāvas darba cikls kļūst arvien mazāks, un lielākais faktors, kas ietekmē visas mašīnas enerģijas patēriņu, ir ISleep. Jo mazāks ISleep, jo ilgāks būs produkta kalpošanas laiks. Šī vērtība parasti ir tuvu mikroshēmas datu lapai, taču klientu atsauksmju testā mēs bieži sastopamies ar lielu miega strāvas daudzumu, kāpēc?

Šo problēmu bieži izraisa MCU konfigurācija. Viena MCU vidējais MCU enerģijas patēriņš var sasniegt mA līmeni. Citiem vārdiem sakot, ja nejauši nokavējat vai neatbilst IO porta stāvoklim, tas, visticamāk, iznīcinās iepriekšējo mazjaudas dizainu. Kā piemēru ņemsim nelielu eksperimentu, lai redzētu, cik daudz problēma ietekmē.

6. darbība

Testa procesā, kas attēlots 4. un 5. attēlā, testa objekts ir tas pats produkts, un tā pati konfigurācija ir moduļa miega režīms, kas acīmredzami var redzēt testa rezultātu atšķirību. 4. attēlā visi IO ir konfigurēti ieejas nolaišanai vai pievilkšanai, un pārbaudītā strāva ir tikai 4.9uA. 5. attēlā tikai divi no IO ir konfigurēti kā peldošas ievades, un testa rezultāts ir 86.1uA.

Ja darba strāva un 3. attēla ilgums tiek saglabāti nemainīgi, pārraides intervāls ir 1 stunda, kas nodrošina dažādus miega strāvas aprēķinus. Saskaņā ar 4. attēla rezultātiem vidējā strāva stundā ir 5,57 uA, un saskaņā ar 5. attēlu tā ir 86,77 uA, kas ir aptuveni 16 reizes. Izmantojot arī 200mAh CR2032 akumulatora barošanas avotu, produkts saskaņā ar 4. attēla konfigurāciju var normāli strādāt aptuveni 4 gadus, un saskaņā ar 5. attēla konfigurāciju šis rezultāts ir tikai aptuveni 3 mēneši! Kā redzams no iepriekš minētajiem piemēriem, lai maksimāli palielinātu bezvadu moduļa lietošanas ilgumu, ir jāievēro šādi projektēšanas principi:

1. Ar nosacījumu, ka tiek apmierinātas klientu lietojumprogrammu prasības, pēc iespējas pagariniet pakešu nosūtīšanas intervālu un samaziniet darba strāvu darba periodā;

2. MCU IO statusam jābūt pareizi konfigurētam. Dažādu ražotāju MCU var būt dažādas konfigurācijas. Sīkāku informāciju skatiet oficiālajos datos.

LM400TU ir mazjaudas LoRa kodola modulis, ko izstrādājusi ZLG Zhiyuan Electronics. Modulis ir izstrādāts ar LoRa modulācijas tehnoloģiju, kas iegūta no militārās sakaru sistēmas. Tas apvieno unikālu spektra paplašināšanas apstrādes tehnoloģiju, lai perfekti atrisinātu nelielu datu apjomu sarežģītā vidē. Īpaši tālsatiksmes komunikācijas problēma. LoRa tīkla caurspīdīgā pārraides modulis ietver sevī organizējošu tīkla caurspīdīgu pārraides protokolu, atbalsta lietotāja vienas pogas pašorganizējošo tīklu un nodrošina īpašu skaitītāju nolasīšanas protokolu, CLAA protokolu un LoRaWAN protokolu. Lietotāji var tieši izstrādāt lietojumprogrammas, netērējot daudz laika protokolam.