Cum se măsoară corect consumul de energie al modulelor de comunicații fără fir în era consumului redus de energie ?: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Consumul redus de energie este un concept extrem de important în Internetul obiectelor. Majoritatea nodurilor IoT trebuie să fie alimentate cu baterii. Doar măsurând corect consumul de energie al modulului wireless putem estima cu precizie câtă baterie este necesară pentru durata de viață a bateriei de 5 ani. Acest articol vă va explica metodele de măsurare detaliate.

În multe aplicații ale Internetului obiectelor, dispozitivele terminale sunt de obicei alimentate cu baterii și au o putere disponibilă limitată. Datorită descărcării automate a bateriei, utilizarea efectivă a energiei electrice în cel mai rău caz este de doar aproximativ 70% din puterea nominală. De exemplu, bateria cu buton CR2032 utilizată în mod obișnuit, capacitatea nominală a unei baterii este de 200mAh și, de fapt, pot fi folosiți doar 140mAh.

Deoarece puterea bateriei este atât de limitată, este important să reduceți consumul de energie al produsului! Să aruncăm o privire asupra metodelor utilizate în mod obișnuit de măsurare a consumului de energie. Numai atunci când aceste metode de măsurare a consumului de energie sunt clare, consumul de energie al produsului poate fi optimizat.

Pasul 1: Mai întâi, măsurarea consumului de energie

Testul consumului de energie al modulului wireless este în principal pentru a măsura curentul și aici este împărțit în două teste diferite de curent în repaus și curent dinamic. Când modulul este în stare de repaus sau de așteptare, deoarece curentul nu se schimbă, păstrați o valoare statică, îl numim curent de repaus. În acest moment, putem utiliza un multimetru tradițional pentru a măsura, trebuie doar să conectăm un multimetru în serie cu pinul de alimentare pentru a obține valoarea de măsurare necesară, așa cum se arată în Figura 1.

Pasul 2:

La măsurarea curentului de emisie al modului normal de funcționare al modulului, curentul total se află într-o stare de schimbare din cauza timpului scurt necesar pentru transmiterea semnalului. Noi îl numim curent dinamic. Timpul de răspuns al multimetrului este lent, este dificil să captați curentul în schimbare, deci nu puteți utiliza multimetrul pentru a măsura. Pentru schimbarea curentului, trebuie să utilizați osciloscopul și sonda de curent pentru a măsura. Rezultatul măsurătorii este prezentat în Figura 2.

Pasul 3: În al doilea rând, calculul duratei de viață a bateriei

Modulele wireless au adesea două moduri de funcționare, modul de funcționare și modul de repaus, așa cum se arată în Figura 3 de mai jos.

Pasul 4:

Datele de mai sus provin de la produsul nostru LM400TU. Conform figurii de mai sus, intervalul de transmisie între două pachete de transmisie este de 1000 ms, iar curentul mediu este calculat:

Cu alte cuvinte, curentul mediu este de aproximativ 2,4 mA în 1 secundă. Dacă utilizați o sursă de alimentare CR2032, puteți utiliza în mod ideal aproximativ 83 de ore, aproximativ 3,5 zile. Ce se întâmplă dacă ne extindem programul de lucru la o oră? În mod similar, se poate calcula prin formula de mai sus că curentul mediu pe oră este de numai 1,67uA. Aceeași secțiune a bateriei CR2032 poate sprijini echipamentul să funcționeze 119, 760 de ore, aproximativ 13 ani! Din comparația celor două exemple de mai sus, creșterea intervalului de timp dintre trimiterea pachetelor și extinderea timpului de repaus poate reduce consumul de energie al întregului aparat, astfel încât dispozitivul să poată funcționa mai mult. Acesta este motivul pentru care produsele din industria de citire a contoarelor fără fir sunt utilizate în general pentru o lungă perioadă de timp, deoarece trimit date doar o dată pe zi.

Pasul 5: În al treilea rând, probleme și cauze comune de alimentare

Pentru a asigura consumul redus de energie al produsului, pe lângă creșterea intervalului de timp al pachetului, există și o reducere a consumului curent al produsului în sine, adică Iwork și ISleep menționate mai sus. În circumstanțe normale, aceste două valori ar trebui să fie în concordanță cu foaia de date a cipului, dar dacă utilizatorul nu este utilizat corect, pot apărea probleme. Când am testat curentul de emisie al modulului, am constatat că instalarea antenei a avut un impact mare asupra rezultatelor testului. Când măsurați cu o antenă, curentul unui produs este de 120mA, dar dacă antena este înșurubată, curentul de testare este crescut la aproape 150mA. Anomalia consumului de energie în acest caz este cauzată în principal de nepotrivirea capătului RF al modulului, determinând funcționarea anormală a PA internă. Prin urmare, recomandăm clienților să facă testul atunci când evaluează modulul wireless.

În calculele anterioare, când intervalul de transmisie este din ce în ce mai lung, ciclul de funcționare a curentului de lucru este din ce în ce mai mic, iar cel mai mare factor care afectează consumul de energie al întregii mașini este ISleep. Cu cât ISleep este mai mic, cu atât viața produsului va fi mai mare. Această valoare este în general apropiată de foaia de date a cipului, dar de multe ori întâlnim o cantitate mare de curent de somn în testul de feedback al clienților, de ce?

Această problemă este adesea cauzată de configurația MCU. Consumul mediu de energie MCU al unui singur MCU poate atinge nivelul mA. Cu alte cuvinte, dacă greșesc sau nu corespunde accidental starea unui port IO, este posibil să distrugă proiectul anterior cu putere redusă. Să luăm un mic experiment ca exemplu pentru a vedea cât de mult afectează problema.

Pasul 6:

În procesul de testare din Figura 4 și Figura 5, obiectul testului este același produs și aceeași configurație este modul de repaus al modulului, care poate vedea evident diferența rezultatelor testului. În figura 4, toate IO-urile sunt configurate pentru intrare pull-down sau pull-up, iar curentul testat este de numai 4,9 uA. În Figura 5, doar două dintre IO-urile sunt configurate ca intrări flotante, iar rezultatul testului este 86.1uA.

Dacă curentul de funcționare și durata din Figura 3 sunt menținute constante, intervalul de transmisie este de 1 oră, ceea ce aduce diferite calcule ale curentului de somn. Conform rezultatelor din Fig. 4, curentul mediu pe oră este de 5,57 uA și, conform Fig. 5, este de 86,77 uA, adică de aproximativ 16 ori. De asemenea, utilizând o sursă de alimentare cu baterie CR2032 de 200 mAh, produsul conform configurației din Figura 4, poate funcționa normal timp de aproximativ 4 ani, iar conform configurației din Figura 5, acest rezultat este de doar aproximativ 3 luni! După cum se poate observa din exemplele de mai sus, trebuie urmate următoarele principii de proiectare pentru a maximiza durata de utilizare a modulului wireless:

1. Sub condiția de a satisface cerințele aplicației clienților, extindeți cât mai mult intervalul de trimitere a pachetelor și reduceți curentul de lucru în perioada de lucru;

2. Starea IO a MCU trebuie configurată corect. MCU-urile diferiților producători pot avea configurații diferite. Consultați datele oficiale pentru detalii.

LM400TU este un modul de bază LoRa de consum redus dezvoltat de ZLG Zhiyuan Electronics. Modulul este proiectat cu tehnologia de modulație LoRa derivată din sistemul de comunicații militare. Acesta combină tehnologia unică de prelucrare a lărgirii spectrului pentru a rezolva perfect un volum mic de date într-un mediu complex. Problema comunicării la distanță ultra lungă. Modulul de transmisie transparentă a rețelei LoRa încorporează protocolul de transmisie transparentă a rețelei de auto-organizare, acceptă rețeaua de auto-organizare cu un singur buton a utilizatorului și oferă un protocol dedicat de citire a contorului, protocolul CLAA și protocolul LoRaWAN. Utilizatorii pot dezvolta direct aplicații fără a petrece mult timp pe protocol.