چگونه می توان مصرف برق ماژول های ارتباطات بی سیم را در دوران مصرف کم مصرف به درستی اندازه گیری کرد؟: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

مصرف کم برق یک مفهوم بسیار مهم در اینترنت اشیا است. اکثر گره های اینترنت اشیا باید از باتری تغذیه کنند. تنها با اندازه گیری صحیح مصرف برق ماژول بی سیم می توان به طور دقیق تخمین زد که چقدر باتری برای عمر باتری 5 ساله مورد نیاز است. این مقاله روش های اندازه گیری دقیق را برای شما توضیح می دهد.

در بسیاری از کاربردهای اینترنت اشیاء ، دستگاه های ترمینال معمولاً از باتری استفاده می کنند و قدرت موجود در آنها محدود است. به دلیل تخلیه خود باتری ، مصرف واقعی برق در بدترین حالت تنها حدود 70 درصد از قدرت اسمی است. به عنوان مثال ، باتری دکمه ای CR2032 که معمولاً استفاده می شود ، ظرفیت اسمی یک باتری 200 میلی آمپر ساعت است و در واقع فقط 140 میلی آمپر ساعت می توان از آن استفاده کرد.

از آنجا که قدرت باتری بسیار محدود است ، کاهش مصرف برق محصول مهم است! بیایید نگاهی به روشهای متداول اندازه گیری مصرف برق بیندازیم. تنها زمانی که این روشهای اندازه گیری مصرف برق مشخص باشد ، می توان مصرف برق محصول را بهینه کرد.

مرحله 1: اول ، اندازه گیری مصرف برق

آزمایش مصرف برق ماژول بی سیم عمدتا برای اندازه گیری جریان است و در اینجا به دو آزمایش مختلف جریان آرام و جریان پویا تقسیم می شود. هنگامی که ماژول در حالت خواب یا آماده به کار است ، زیرا جریان تغییر نمی کند ، یک مقدار ثابت را حفظ کنید ، ما آن را جریان آرام می نامیم. در این زمان ، ما می توانیم از یک مولتی متر سنتی برای اندازه گیری استفاده کنیم ، فقط کافی است یک مولتی متر را به صورت سری به پین منبع تغذیه متصل کنیم تا مقدار اندازه گیری مورد نیاز را بدست آوریم ، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.

گام 2:

هنگام اندازه گیری جریان انتشار حالت عادی کارکرد ماژول ، جریان کلی به دلیل زمان کوتاه مورد نیاز برای انتقال سیگنال در حالت تغییر قرار دارد. ما آن را جریان پویا می نامیم. زمان پاسخ مولتی متر کند است ، گرفتن جریان در حال تغییر دشوار است ، بنابراین نمی توانید از مولتی متر برای اندازه گیری استفاده کنید. برای تغییر جریان ، باید از اسیلوسکوپ و پروب جریان برای اندازه گیری استفاده کنید. نتیجه اندازه گیری در شکل 2 نشان داده شده است.

مرحله 3: دوم ، محاسبه عمر باتری

ماژول های بی سیم اغلب دارای دو حالت عملکرد ، حالت کار و حالت خواب هستند ، همانطور که در شکل 3 در زیر نشان داده شده است.

مرحله 4:

داده های فوق از محصول LM400TU ما به دست می آید. با توجه به شکل فوق ، فاصله انتقال بین دو بسته انتقال 1000 میلی ثانیه است و جریان متوسط محاسبه می شود:

به عبارت دیگر ، جریان متوسط حدود 2.4 میلی آمپر در 1 ثانیه است. اگر از منبع تغذیه CR2032 استفاده می کنید ، در حالت ایده آل می توانید حدود 83 ساعت ، حدود 3.5 روز استفاده کنید. اگر ساعات کار خود را به یک ساعت افزایش دهیم چه می شود؟ به طور مشابه ، می توان با فرمول بالا محاسبه کرد که متوسط جریان در ساعت تنها 1.67uA است. همان بخش باتری CR2032 می تواند تجهیزات را برای کار 119 ، 760 ساعت ، حدود 13 سال پشتیبانی کند! از مقایسه دو مثال فوق ، افزایش فاصله زمانی بین ارسال بسته ها و افزایش زمان خواب می تواند مصرف برق کل دستگاه را کاهش دهد ، به طوری که دستگاه بتواند مدت زمان بیشتری کار کند. به همین دلیل است که محصولات صنعت خواندن کنتورهای بی سیم عموماً برای مدت طولانی مورد استفاده قرار می گیرند زیرا فقط یک بار در روز داده ارسال می کنند.

مرحله 5: سوم ، مشکلات و علل مشترک برق

به منظور اطمینان از مصرف کم انرژی محصول ، علاوه بر افزایش زمان بازه بسته ، مصرف فعلی خود محصول نیز کاهش می یابد ، یعنی Iwork و ISleep که در بالا ذکر شد. در شرایط عادی ، این دو مقدار باید با برگه داده تراشه سازگار باشد ، اما اگر از کاربر به درستی استفاده نشود ، ممکن است مشکلاتی ایجاد شود. وقتی جریان انتشار ماژول را آزمایش کردیم ، متوجه شدیم که نصب آنتن تأثیر زیادی بر نتایج آزمایش دارد. هنگام اندازه گیری با آنتن ، جریان یک محصول 120 میلی آمپر است ، اما اگر آنتن خاموش شود ، جریان آزمایش به نزدیک 150 میلی آمپر افزایش می یابد. ناهنجاری مصرف برق در این مورد عمدتا ناشی از عدم تطابق انتهای RF ماژول است و باعث می شود PA داخلی به طور غیر طبیعی کار کند. بنابراین ، توصیه می کنیم که مشتریان هنگام ارزیابی ماژول بی سیم ، از این آزمون استفاده کنند.

در محاسبات قبلی ، هنگامی که فاصله انتقال طولانی تر و طولانی تر می شود ، چرخه کار فعلی کوچکتر و کوچکتر می شود و بزرگترین عامل تأثیرگذار بر مصرف برق کل دستگاه ، IS IS است. هرچه IS IS کوچکتر باشد ، عمر محصول بیشتر خواهد بود. این مقدار به طور کلی به برگه اطلاعات تراشه نزدیک است ، اما ما اغلب در تست بازخورد مشتری با مقدار زیادی جریان خواب مواجه می شویم ، چرا؟

این مشکل اغلب به دلیل پیکربندی MCU ایجاد می شود. میانگین مصرف انرژی MCU یک MCU واحد می تواند به سطح mA برسد. به عبارت دیگر ، اگر به طور تصادفی وضعیت یک پورت IO را از دست داده یا ناسازگار باشید ، به احتمال زیاد طراحی کم مصرف قبلی را از بین می برد. بیایید یک آزمایش کوچک را به عنوان مثال در نظر بگیریم تا ببینیم مشکل چقدر تأثیر می گذارد.

مرحله 6:

در فرایند آزمایش شکل 4 و شکل 5 ، شیء آزمایش یک محصول مشابه است و پیکربندی یکسان حالت خواب ماژول است که بدیهی است می تواند تفاوت نتایج آزمایش را مشاهده کند. در شکل 4 ، تمام IO ها برای کشش یا کشش ورودی پیکربندی شده اند و جریان آزمایش شده تنها 4.9uA است. در شکل 5 ، تنها دو مورد از IO ها به عنوان ورودی های شناور پیکربندی شده اند و نتیجه آزمایش 86.1uA است.

اگر جریان کارکرد و مدت زمان شکل 3 ثابت نگه داشته شود ، فاصله انتقال 1 ساعت است که محاسبات مختلف جریان خواب را به ارمغان می آورد. بر اساس نتایج شکل 4 ، متوسط جریان در ساعت 5.57 uA و مطابق شکل 5 ، 86.77 uA است که حدود 16 برابر است. همچنین با استفاده از منبع تغذیه باتری 200 میلی آمپر ساعتی CR2032 ، محصول با توجه به پیکربندی شکل 4 ، می تواند به طور معمول حدود 4 سال کار کند و مطابق پیکربندی شکل 5 ، این نتیجه تنها حدود 3 ماه است! همانطور که در مثالهای بالا مشاهده می شود ، برای حداکثر استفاده از ماژول بی سیم ، باید اصول طراحی زیر را رعایت کرد:

1. به شرط برآوردن الزامات کاربردی مشتریان ، فاصله ارسال بسته ها را تا حد ممکن افزایش دهید و جریان کار را در طول دوره کاری کاهش دهید.

2. وضعیت IO MCU باید به درستی پیکربندی شود. MCU های تولیدکنندگان مختلف ممکن است پیکربندی متفاوتی داشته باشند. برای اطلاعات بیشتر به داده های رسمی مراجعه کنید.

LM400TU یک ماژول هسته ای کم مصرف LoRa است که توسط ZLG Zhiyuan Electronics توسعه یافته است. این ماژول با فناوری مدولاسیون LoRa مشتق شده از سیستم ارتباطات نظامی طراحی شده است. این ترکیبی از فناوری پردازش گسترده طیف منحصر به فرد برای حل کامل حجم کوچک داده در محیط پیچیده است. مشکل ارتباطات فوق العاده از راه دور ماژول انتقال شفاف شبکه LoRa پروتکل انتقال شفاف شبکه خود سازماندهی را در بر می گیرد ، از شبکه خود سازماندهی یک دکمه کاربر پشتیبانی می کند و یک پروتکل اختصاصی خواندن متر ، پروتکل CLAA و پروتکل LoRaWAN را ارائه می دهد. کاربران می توانند به طور مستقیم برنامه های خود را بدون صرف زمان زیادی بر روی پروتکل توسعه دهند.