Jak správně změřit spotřebu energie bezdrátových komunikačních modulů v době nízké spotřeby energie?: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Nízká spotřeba energie je v internetu věcí nesmírně důležitým konceptem. Většina uzlů IoT musí být napájena bateriemi. Pouze správným měřením spotřeby energie bezdrátového modulu můžeme přesně odhadnout, kolik baterie je zapotřebí k 5leté životnosti baterie. Tento článek vám vysvětlí podrobné metody měření.

V mnoha aplikacích internetu věcí jsou koncová zařízení obvykle napájena baterií a mají omezený dostupný výkon. Vzhledem k samovybíjení baterie je skutečné využití elektřiny v nejhorším případě jen asi 70% jmenovitého výkonu. Například běžně používaná knoflíková baterie CR2032, nominální kapacita jedné baterie je 200mAh a ve skutečnosti lze použít pouze 140mAh.

Protože je kapacita baterie tak omezená, je důležité snížit spotřebu energie výrobku! Pojďme se podívat na běžně používané metody měření spotřeby energie. Pouze tehdy, když jsou tyto metody měření spotřeby energie jasné, lze optimalizovat spotřebu energie produktu.

Krok 1: Nejprve měření spotřeby energie

Test spotřeby energie bezdrátového modulu je určen především k měření proudu a zde je rozdělen na dva různé testy klidového proudu a dynamického proudu. Když je modul ve spánkovém nebo pohotovostním stavu, protože proud se nemění, udržujte statickou hodnotu, říkáme tomu klidový proud. V tuto chvíli můžeme k měření použít tradiční multimetr, jen potřebujeme zapojit multimetr do série s kolíkem napájecího zdroje, abychom získali požadovanou hodnotu měření, jak ukazuje obrázek 1.

Krok 2:

Při měření emisního proudu v normálním provozním režimu modulu je celkový proud ve stavu změny v důsledku krátkého času potřebného pro přenos signálu. Říkáme tomu dynamický proud. Doba odezvy multimetru je pomalá, je obtížné zachytit měnící se proud, takže multimetr nemůžete použít k měření. Ke změně proudu potřebujete k měření osciloskop a proudovou sondu. Výsledek měření je uveden na obrázku 2.

Krok 3: Za druhé, výpočet životnosti baterie

Bezdrátové moduly mají často dva provozní režimy, provozní režim a režim spánku, jak ukazuje obrázek 3 níže.

Krok 4:

Výše uvedená data pocházejí z našeho produktu LM400TU. Podle výše uvedeného obrázku je přenosový interval mezi dvěma přenosovými pakety 1000 ms a vypočítává se průměrný proud:

Jinými slovy, průměrný proud je asi 2,4 mA za 1 sekundu. Pokud používáte napájecí zdroj CR2032, můžete v ideálním případě použít přibližně 83 hodin, přibližně 3,5 dne. Co když prodloužíme pracovní dobu na jednu hodinu? Podobně lze podle výše uvedeného vzorce vypočítat, že průměrný hodinový proud je pouze 1,67uA. Stejná část baterie CR2032 může podporovat zařízení pro práci 119, 760 hodin, asi 13 let! Ze srovnání výše uvedených dvou příkladů může zvýšení časového intervalu mezi odesíláním paketů a prodloužením doby spánku snížit spotřebu energie celého stroje, takže zařízení může pracovat déle. To je důvod, proč se výrobky v odvětví bezdrátových měřičů měření používají dlouhodobě, protože odesílají data pouze jednou denně.

Krok 5: Za třetí, společné problémy a příčiny napájení

Aby byla zajištěna nízká spotřeba energie produktu, kromě prodloužení doby intervalu paketů dochází také ke snížení aktuální spotřeby samotného produktu, tj. Iwork a ISleep zmíněných výše. Za normálních okolností by tyto dvě hodnoty měly být v souladu s datovým listem čipu, ale pokud není uživatel používán správně, mohou nastat problémy. Když jsme testovali emisní proud modulu, zjistili jsme, že instalace antény měla velký vliv na výsledky testů. Při měření s anténou je proud výrobku 120 mA, ale pokud je anténa odšroubována, testovací proud stoupne na téměř 150 mA. Anomálie spotřeby energie je v tomto případě hlavně způsobena nesouladem RF konce modulu, což způsobuje, že vnitřní PA pracuje abnormálně. Proto doporučujeme, aby si zákazníci při hodnocení bezdrátového modulu udělali test.

V předchozích výpočtech, kdy je interval přenosu stále delší a delší, je pracovní proud stále menší a menší a největším faktorem ovlivňujícím spotřebu energie celého stroje je ISleep. Čím menší je ISleep, tím delší bude životnost produktu. Tato hodnota se obecně blíží datovému listu čipu, ale v testu zpětné vazby od zákazníků se často setkáváme s velkým množstvím spánkového proudu, proč?

Tento problém je často způsoben konfigurací MCU. Průměrná spotřeba energie MCU jednoho MCU může dosáhnout úrovně mA. Jinými slovy, pokud omylem zmeškáte nebo neshodujete stav IO portu, pravděpodobně to zničí předchozí konstrukci s nízkým výkonem. Vezměme si jako příklad malý experiment, abychom zjistili, jak moc problém ovlivňuje.

Krok 6:

V testovacím procesu na obrázku 4 a obrázku 5 je testovacím objektem stejný produkt a stejnou konfigurací je režim spánku modulu, který evidentně vidí rozdíl ve výsledcích testu. Na obrázku 4 jsou všechny vstupy a výstupy konfigurovány pro vstupní rozbalování nebo vytahování a testovaný proud je pouze 4,9uA. Na obrázku 5 jsou pouze dva IO nakonfigurovány jako plovoucí vstupy a výsledek testu je 86,1uA.

Pokud jsou provozní proud a doba trvání na obrázku 3 udržovány konstantní, je přenosový interval 1 hodina, což přináší různé výpočty spánkového proudu. Podle výsledků na obr. 4 je průměrný hodinový proud 5,57 uA a podle obr. 5 je to 86,77 uA, což je asi 16krát. Také při použití 200mAh baterie CR2032 může produkt podle konfigurace na obrázku 4 normálně fungovat asi 4 roky a podle konfigurace na obrázku 5 je tento výsledek jen asi 3 měsíce! Jak je patrné z výše uvedených příkladů, je třeba dodržovat následující zásady návrhu, aby se maximalizovala doba používání bezdrátového modulu:

1. Za podmínky splnění požadavků zákazníků na aplikaci co nejvíce prodlužte interval odesílání paketů a snižte pracovní proud během pracovního období;

2. Stav IO MCU musí být správně nakonfigurován. MCU různých výrobců mohou mít různé konfigurace. Podrobnosti najdete v oficiálních datech.

LM400TU je nízkoenergetický základní modul LoRa vyvinutý společností ZLG Zhiyuan Electronics. Modul je navržen s modulační technologií LoRa odvozenou z vojenského komunikačního systému. Kombinuje jedinečnou technologii zpracování rozšiřující spektrum a dokonale řeší malý objem dat ve složitém prostředí. Problém ultra dálkové komunikace. Modul transparentního přenosu sítě LoRa integruje transparentní přenosový protokol samoorganizující se sítě, podporuje samoorganizující síť uživatele s jedním tlačítkem a poskytuje vyhrazený protokol pro čtení měřičů, protokol CLAA a protokol LoRaWAN. Uživatelé mohou přímo vyvíjet aplikace, aniž by na protokolu trávili spoustu času.