כיצד למדוד נכון את צריכת החשמל של מודולי תקשורת אלחוטית בעידן צריכת החשמל הנמוכה ?: 6 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

צריכת חשמל נמוכה היא מושג חשוב ביותר באינטרנט של הדברים. רוב בלוטות ה- IoT צריכות להיות מופעלות באמצעות סוללות. רק על ידי מדידה נכונה של צריכת החשמל של המודול האלחוטי נוכל להעריך במדויק כמה סוללה נחוצה לחיי הסוללה של 5 שנים. מאמר זה יסביר עבורך את שיטות המדידה המפורטות.

ביישומים רבים של האינטרנט של הדברים, התקני מסוף בדרך כלל מופעלים באמצעות סוללה ובעלי כוח זמין מוגבל. בשל פריקה עצמית של הסוללה, השימוש בפועל בחשמל במקרה הגרוע הוא כ -70% בלבד מהספק הנומינלי. לדוגמה, סוללת כפתורי ה- CR2032 הנפוצה, הקיבולת הנומינלית של סוללה אחת היא 200mAh, ולמעשה ניתן להשתמש רק ב- 140mAh.

מכיוון שהסוללה כה מוגבלת, חשוב להפחית את צריכת החשמל של המוצר! בואו נסתכל על השיטות הנפוצות למדידת צריכת החשמל. רק כאשר שיטות אלה למדידת צריכת החשמל ברורות ניתן לייעל את צריכת החשמל של המוצר.

שלב 1: ראשית, מדידת צריכת חשמל

מבחן צריכת החשמל של המודול האלחוטי נועד בעיקר למדידת הזרם, וכאן מחולק לשתי בדיקות שונות של זרם שקט וזרם דינאמי. כאשר המודול נמצא במצב שינה או במצב המתנה, מכיוון שהזרם אינו משתנה, שמור על ערך סטטי, אנו קוראים לזה זרם שקט. בשלב זה, אנו יכולים להשתמש במולטימטר מסורתי למדידה, רק צריך לחבר מולטימטר בסדרה עם סיכת אספקת החשמל כדי לקבל את ערך המדידה הנדרש, כפי שמוצג באיור 1.

שלב 2:

כאשר מודדים את זרם הפליטה של מצב ההפעלה הרגיל של המודול, הזרם הכולל נמצא במצב של שינוי בשל הזמן הקצר הנדרש להעברת האותות. אנו קוראים לזה זרם דינאמי. זמן התגובה של המולטימטר איטי, קשה ללכוד את הזרם המשתנה, כך שלא ניתן להשתמש במולטימטר למדידה. כדי לשנות את הזרם, עליך להשתמש באוסילוסקופ ובחקר הנוכחי למדידה. תוצאת המדידה מוצגת באיור 2.

שלב 3: שנית, חישוב חיי הסוללה

לרוב מודולים אלחוטיים יש שני מצבי פעולה, מצב הפעלה ומצב שינה, כפי שמוצג באיור 3 להלן.

שלב 4:

הנתונים לעיל מגיעים ממוצר LM400TU שלנו. על פי האיור לעיל, מרווח השידור בין שתי מנות שידור הוא 1000ms, והזרם הממוצע מחושב:

במילים אחרות, הזרם הממוצע הוא בערך 2.4mA בשנייה אחת. אם אתה משתמש באספקת חשמל CR2032, אתה יכול להשתמש באופן אידיאלי בערך 83 שעות, כ -3.5 ימים. מה אם נאריך את שעות העבודה לשעה? באופן דומה, ניתן לחשב את הנוסחה לעיל כי הזרם הממוצע לשעה הוא 1.67uA בלבד. אותו חלק של סוללת CR2032 יכול לתמוך בציוד לעבודה 119, 760 שעות, כ -13 שנים! מהשוואת שתי הדוגמאות לעיל, הגדלת מרווח הזמן בין שליחת מנות להארכת זמן השינה יכולה להפחית את צריכת החשמל של כל המכונה, כך שהמכשיר יכול לעבוד זמן רב יותר. זו הסיבה שבדרך כלל משתמשים במוצרים בתעשיית קריאת המונים האלחוטיים במשך זמן רב מכיוון שהם שולחים נתונים רק פעם ביום.

שלב 5: שלישית, בעיות חשמל וסיבות

על מנת להבטיח את צריכת החשמל הנמוכה של המוצר, בנוסף להגדלת זמן מרווח החבילות, ישנה גם הפחתה בצריכה הנוכחית של המוצר עצמו, כלומר Iwork ו- ISleep שהוזכרו לעיל. בנסיבות רגילות, שני ערכים אלה צריכים להיות תואמים את גיליון הנתונים של השבב, אך אם המשתמש אינו משמש כראוי, ייתכנו בעיות. כשבדקנו את זרם הפליטה של המודול, גילינו שלתקנת האנטנה יש השפעה רבה על תוצאות הבדיקה. כאשר מודדים עם אנטנה, זרם המוצר הוא 120mA, אך אם האנטנה מוברגת, זרם הבדיקה מזנק לכמעט 150mA. אנומליה של צריכת החשמל במקרה זה נגרמת בעיקר כתוצאה מחוסר התאמה בקצה ה- RF של המודול, וגורמת לרשות הפנימית לפעול בצורה לא תקינה. לכן אנו ממליצים ללקוחות לבצע את הבדיקה בעת הערכת המודול האלחוטי.

בחישובים הקודמים, כאשר מרווח ההילוכים הולך ומתארך, מחזור העבודה הנוכחי הולך ומתמעט, והגורם הגדול ביותר המשפיע על צריכת החשמל של כל המכונה הוא ISleep. ככל ש- ISleep קטן יותר, כך אורך חיי המוצר יהיה ארוך יותר. ערך זה בדרך כלל קרוב לגליון הנתונים של השבבים, אך לעתים קרובות אנו נתקלים בכמות גדולה של זרם שינה בבדיקת משוב הלקוחות, מדוע?

בעיה זו נגרמת לעתים קרובות מהתצורה של ה- MCU. צריכת החשמל הממוצעת של MCU של יחידת MCU אחת יכולה להגיע לרמת mA. במילים אחרות, אם אתה בטעות מחמיץ או לא מתאים מצב של יציאת IO, סביר להניח שהוא יהרוס את העיצוב הקודם בעל הספק נמוך. ניקח דוגמא לניסוי קטן כדי לראות עד כמה הבעיה משפיעה.

שלב 6:

בתהליך הבדיקה של איור 4 ואיור 5, אובייקט הבדיקה הוא אותו מוצר, ואותה תצורה היא מצב שינה של המודול, אשר יכול כמובן לראות את ההבדל בין תוצאות הבדיקה. באיור 4, כל IOs מוגדרים למשיכת קלט או משיכה, והזרם הנבדק הוא 4.9uA בלבד. באיור 5, רק שניים ממערכות ה- IO מוגדרים כתשומות צפות, ותוצאת הבדיקה היא 86.1uA.

אם זרם ההפעלה ומשך הזמן של איור 3 נשמרים קבועים, מרווח השידור הוא שעה אחת, מה שמביא חישובי זרם שינה שונים. על פי התוצאות של איור 4, הזרם הממוצע לשעה הוא 5.57 uA, ועל פי איור 5, הוא 86.77 uA, שזה בערך 16 פעמים. שימוש גם באספקת סוללה CR2032 של 200mAh, המוצר על פי התצורה של איור 4, יכול לעבוד כרגיל במשך כ -4 שנים, ועל פי תצורה של איור 5, תוצאה זו היא כ -3 חודשים בלבד! כפי שניתן לראות מהדוגמאות לעיל, יש לעקוב אחר עקרונות העיצוב הבאים כדי למקסם את משך השימוש במודול האלחוטי:

1. בתנאי עמידה בדרישות היישום של הלקוחות, הארך ככל האפשר את מרווח שליחת המנות, וצמצם את זרם העבודה במהלך תקופת העבודה;

2. יש להגדיר את מצב IO של ה- MCU כראוי. MCU של יצרנים שונים עשויים להיות בעלי תצורות שונות. עיין בנתונים הרשמיים לפרטים.

LM400TU הוא מודול ליבה בעל עוצמה נמוכה של LoRa שפותח על ידי ZLG Zhiyuan Electronics. המודול מתוכנן בטכנולוגיית אפנון LoRa הנגזרת ממערכת תקשורת צבאית. הוא משלב טכנולוגיית עיבוד מרחיבה ספקטרום לפתרון מושלם של נפח נתונים קטן בסביבה מורכבת. הבעיה של תקשורת למרחקים ארוכים במיוחד. מודול השידור השקוף של רשת LoRa מטביע את פרוטוקול השידור השקוף של מארגן עצמי, תומך ברשת של ארגון עצמי בכפתור אחד של המשתמש, ומספק פרוטוקול ייעודי לקריאת מונים, פרוטוקול CLAA ופרוטוקול LoRaWAN. משתמשים יכולים לפתח יישומים ישירות מבלי להשקיע הרבה זמן בפרוטוקול.