Πώς να μετρήσετε σωστά την κατανάλωση ενέργειας των μονάδων ασύρματης επικοινωνίας στην εποχή της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας ;: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας είναι μια εξαιρετικά σημαντική έννοια στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων. Οι περισσότεροι κόμβοι IoT πρέπει να τροφοδοτούνται από μπαταρίες. Μόνο με τη σωστή μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας της μονάδας ασύρματου δικτύου μπορούμε να εκτιμήσουμε με ακρίβεια πόση μπαταρία χρειάζεται για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας 5 ετών. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τις λεπτομερείς μεθόδους μέτρησης για εσάς.

Σε πολλές εφαρμογές του Διαδικτύου των Πραγμάτων, οι τερματικές συσκευές συνήθως τροφοδοτούνται από μπαταρία και έχουν περιορισμένη διαθέσιμη ισχύ. Λόγω της αυτο-εκφόρτισης της μπαταρίας, η πραγματική χρήση ηλεκτρικής ενέργειας στη χειρότερη περίπτωση είναι μόνο περίπου το 70% της ονομαστικής ισχύος. Για παράδειγμα, η συνηθισμένη μπαταρία κουμπιού CR2032, η ονομαστική χωρητικότητα μιας μπαταρίας είναι 200mAh και στην πραγματικότητα μόνο 140mAh μπορούν να χρησιμοποιηθούν.

Δεδομένου ότι η ισχύς της μπαταρίας είναι τόσο περιορισμένη, είναι σημαντικό να μειώσετε την κατανάλωση ενέργειας του προϊόντος! Ας ρίξουμε μια ματιά στις συνήθεις μεθόδους μέτρησης της κατανάλωσης ενέργειας. Μόνο όταν αυτές οι μέθοδοι μέτρησης της κατανάλωσης ισχύος είναι σαφείς, μπορεί να βελτιστοποιηθεί η κατανάλωση ενέργειας του προϊόντος.

Βήμα 1: Πρώτον, μέτρηση κατανάλωσης ενέργειας

Η δοκιμή κατανάλωσης ενέργειας της ασύρματης μονάδας είναι κυρίως για τη μέτρηση του ρεύματος και εδώ χωρίζεται σε δύο διαφορετικές δοκιμές ηρεμίας και δυναμικού ρεύματος. Όταν η μονάδα βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής ή αναμονής, επειδή το ρεύμα δεν αλλάζει, διατηρήστε μια στατική τιμή, την ονομάζουμε ρεύμα ηρεμίας. Αυτή τη στιγμή, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα παραδοσιακό πολύμετρο για μέτρηση, απλά πρέπει να συνδέσουμε ένα πολύμετρο σε σειρά με τον πείρο τροφοδοσίας για να λάβουμε την απαιτούμενη τιμή μέτρησης, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.

Βήμα 2:

Κατά τη μέτρηση του ρεύματος εκπομπής της κανονικής λειτουργίας της μονάδας, το συνολικό ρεύμα είναι σε κατάσταση αλλαγής λόγω του σύντομου χρόνου που απαιτείται για τη μετάδοση σήματος. Το ονομάζουμε δυναμικό ρεύμα. Ο χρόνος απόκρισης του πολύμετρου είναι αργός, είναι δύσκολο να συλλάβει το μεταβαλλόμενο ρεύμα, οπότε δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το πολύμετρο για μέτρηση. Για να αλλάξετε το ρεύμα, πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον παλμογράφο και τον αισθητήρα ρεύματος για μέτρηση. Το αποτέλεσμα της μέτρησης φαίνεται στο σχήμα 2.

Βήμα 3: Δεύτερο, Υπολογισμός διάρκειας ζωής μπαταρίας

Οι ασύρματες μονάδες έχουν συχνά δύο τρόπους λειτουργίας, τη λειτουργία και την κατάσταση αναστολής λειτουργίας, όπως φαίνεται στο σχήμα 3 παρακάτω.

Βήμα 4:

Τα παραπάνω δεδομένα προέρχονται από το προϊόν LM400TU. Σύμφωνα με το παραπάνω σχήμα, το διάστημα μετάδοσης μεταξύ δύο πακέτων μετάδοσης είναι 1000ms, και το μέσο ρεύμα υπολογίζεται:

Με άλλα λόγια, το μέσο ρεύμα είναι περίπου 2,4mA σε 1 δευτερόλεπτο. Εάν χρησιμοποιείτε τροφοδοτικό CR2032, μπορείτε ιδανικά να χρησιμοποιήσετε περίπου 83 ώρες, περίπου 3,5 ημέρες. Τι γίνεται αν επεκτείνουμε το ωράριο εργασίας μας σε μία ώρα; Ομοίως, μπορεί να υπολογιστεί από τον παραπάνω τύπο ότι το μέσο ρεύμα ανά ώρα είναι μόνο 1,67uA. Το ίδιο τμήμα της μπαταρίας CR2032 μπορεί να υποστηρίξει τον εξοπλισμό για να λειτουργήσει 119, 760 ώρες, περίπου 13 χρόνια! Από τη σύγκριση των δύο παραπάνω παραδειγμάτων, η αύξηση του χρονικού διαστήματος μεταξύ της αποστολής πακέτων και η παράταση του χρόνου ύπνου μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας ολόκληρου του μηχανήματος, έτσι ώστε η συσκευή να μπορεί να λειτουργεί περισσότερο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα προϊόντα στη βιομηχανία ανάγνωσης ασύρματων μετρητών χρησιμοποιούνται γενικά για μεγάλο χρονικό διάστημα, επειδή στέλνουν δεδομένα μόνο μία φορά την ημέρα.

Βήμα 5: Τρίτον, κοινά προβλήματα και αιτίες ισχύος

Προκειμένου να διασφαλιστεί η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας του προϊόντος, εκτός από την αύξηση του χρονικού διαστήματος πακέτων, υπάρχει επίσης μείωση της τρέχουσας κατανάλωσης του ίδιου του προϊόντος, δηλαδή των Iwork και ISleep που αναφέρθηκαν παραπάνω. Υπό κανονικές συνθήκες, αυτές οι δύο τιμές θα πρέπει να είναι συνεπείς με το φύλλο δεδομένων τσιπ, αλλά εάν ο χρήστης δεν χρησιμοποιείται σωστά, ενδέχεται να υπάρχουν προβλήματα. Όταν δοκιμάσαμε το ρεύμα εκπομπής της μονάδας, διαπιστώσαμε ότι η εγκατάσταση της κεραίας είχε μεγάλο αντίκτυπο στα αποτελέσματα της δοκιμής. Κατά τη μέτρηση με κεραία, το ρεύμα ενός προϊόντος είναι 120mA, αλλά αν η κεραία σβήσει, το ρεύμα δοκιμής αυξάνεται στα σχεδόν 150mA. Η ανωμαλία κατανάλωσης ενέργειας σε αυτήν την περίπτωση προκαλείται κυρίως από την αναντιστοιχία του άκρου RF της μονάδας, προκαλώντας το εσωτερικό PA να λειτουργήσει ασυνήθιστα. Επομένως, συνιστούμε στους πελάτες να κάνουν το τεστ κατά την αξιολόγηση της μονάδας ασύρματου δικτύου.

Στους προηγούμενους υπολογισμούς, όταν το διάστημα μετάδοσης γίνεται όλο και μεγαλύτερο, ο τρέχων κύκλος λειτουργίας καθίσταται μικρότερος και μικρότερος και ο μεγαλύτερος παράγοντας που επηρεάζει την κατανάλωση ενέργειας ολόκληρου του μηχανήματος είναι το IS sleep. Όσο μικρότερο είναι το IS sleep, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η διάρκεια ζωής του προϊόντος. Αυτή η τιμή είναι γενικά κοντά στο φύλλο δεδομένων τσιπ, αλλά συχνά συναντάμε μεγάλη ποσότητα ρεύματος ύπνου στη δοκιμή ανατροφοδότησης πελατών, γιατί;

Αυτό το πρόβλημα προκαλείται συχνά από τη διαμόρφωση του MCU. Η μέση κατανάλωση ισχύος MCU ενός μεμονωμένου MCU μπορεί να φτάσει το επίπεδο mA. Με άλλα λόγια, εάν χάσετε κατά λάθος ή δεν ταιριάξετε την κατάσταση μιας θύρας IO, είναι πιθανό να καταστρέψετε τον προηγούμενο σχεδιασμό χαμηλής ισχύος. Ας πάρουμε ένα μικρό πείραμα ως παράδειγμα για να δούμε πόσο επηρεάζει το πρόβλημα.

Βήμα 6:

Στη διαδικασία δοκιμής του σχήματος 4 και του σχήματος 5, το αντικείμενο δοκιμής είναι το ίδιο προϊόν και η ίδια διαμόρφωση είναι η λειτουργία ύπνου της ενότητας, η οποία προφανώς μπορεί να δει τη διαφορά των αποτελεσμάτων της δοκιμής. Στο Σχήμα 4, όλα τα IO είναι διαμορφωμένα για εισαγωγή προς τα κάτω ή προς τα πάνω και το δοκιμαζόμενο ρεύμα είναι μόνο 4,9uA. Στο Σχήμα 5, μόνο δύο από τα ΙΟ έχουν διαμορφωθεί ως κυμαινόμενες εισόδους και το αποτέλεσμα της δοκιμής είναι 86.1uA.

Εάν το ρεύμα λειτουργίας και η διάρκεια του σχήματος 3 διατηρούνται σταθερά, το διάστημα μετάδοσης είναι 1 ώρα, το οποίο φέρνει διαφορετικούς υπολογισμούς ρεύματος ύπνου. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του σχήματος 4, το μέσο ρεύμα ανά ώρα είναι 5,57 uA και σύμφωνα με το σχήμα 5, είναι 86,77 uA, δηλαδή περίπου 16 φορές. Χρησιμοποιώντας επίσης τροφοδοτικό μπαταρίας CR2032 200mAh, το προϊόν σύμφωνα με τη διαμόρφωση του σχήματος 4, μπορεί να λειτουργήσει κανονικά για περίπου 4 χρόνια και σύμφωνα με τη διαμόρφωση του σχήματος 5, αυτό το αποτέλεσμα είναι μόνο περίπου 3 μήνες! Όπως φαίνεται από τα παραπάνω παραδείγματα, θα πρέπει να ακολουθηθούν οι ακόλουθες αρχές σχεδιασμού για να μεγιστοποιηθεί η διάρκεια χρήσης της ασύρματης μονάδας:

1. Με την προϋπόθεση της ικανοποίησης των απαιτήσεων εφαρμογής των πελατών, επεκτείνετε όσο το δυνατόν περισσότερο το διάστημα αποστολής πακέτων και μειώστε το ρεύμα εργασίας κατά τη διάρκεια της περιόδου εργασίας.

2. Η κατάσταση IO του MCU πρέπει να έχει ρυθμιστεί σωστά. Οι μονάδες MCU διαφορετικών κατασκευαστών ενδέχεται να έχουν διαφορετικές διαμορφώσεις. Ανατρέξτε στα επίσημα δεδομένα για λεπτομέρειες.

Το LM400TU είναι μια βασική μονάδα χαμηλής ισχύος LoRa που αναπτύχθηκε από την ZLG Zhiyuan Electronics. Η ενότητα έχει σχεδιαστεί με τεχνολογία διαμόρφωσης LoRa που προέρχεται από στρατιωτικό σύστημα επικοινωνίας. Συνδυάζει μοναδική τεχνολογία επεξεργασίας διεύρυνσης φάσματος για να λύσει τέλεια τον μικρό όγκο δεδομένων σε πολύπλοκο περιβάλλον. Το πρόβλημα της υπεραστικής επικοινωνίας. Η μονάδα διαφανούς μετάδοσης δικτύου LoRa ενσωματώνει το διαφανές πρωτόκολλο μετάδοσης δικτύου αυτοοργάνωσης, υποστηρίζει το δίκτυο αυτο-οργάνωσης ενός κουμπιού του χρήστη και παρέχει ένα ειδικό πρωτόκολλο ανάγνωσης μετρητή, πρωτόκολλο CLAA και πρωτόκολλο LoRaWAN. Οι χρήστες μπορούν να αναπτύξουν απευθείας εφαρμογές χωρίς να ξοδέψουν πολύ χρόνο στο πρωτόκολλο.