كيف تقيس بشكل صحيح استهلاك الطاقة لوحدات الاتصال اللاسلكي في عصر انخفاض استهلاك الطاقة؟: 6 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

يعد الاستهلاك المنخفض للطاقة مفهومًا مهمًا للغاية في إنترنت الأشياء. تحتاج معظم عقد إنترنت الأشياء إلى أن تعمل بالبطاريات. فقط من خلال قياس استهلاك الطاقة للوحدة اللاسلكية بشكل صحيح ، يمكننا تقدير كمية البطارية المطلوبة بدقة لعمر البطارية الذي يبلغ 5 سنوات. ستشرح لك هذه المقالة طرق القياس التفصيلية.

في العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء ، تعمل الأجهزة الطرفية عادةً بالبطارية ولديها طاقة محدودة متاحة. بسبب التفريغ الذاتي للبطارية ، فإن الاستخدام الفعلي للكهرباء في أسوأ الحالات لا يتجاوز 70٪ من الطاقة الاسمية. على سبيل المثال ، بطارية زر CR2032 شائعة الاستخدام ، السعة الاسمية لبطارية واحدة هي 200 مللي أمبير ، ويمكن استخدام 140 مللي أمبير فقط في الواقع.

نظرًا لأن طاقة البطارية محدودة للغاية ، فمن المهم تقليل استهلاك الطاقة للمنتج! دعونا نلقي نظرة على الطرق الشائعة الاستخدام لقياس استهلاك الطاقة. فقط عندما تكون طرق قياس استهلاك الطاقة هذه واضحة ، يمكن تحسين استهلاك طاقة المنتج.

الخطوة 1: أولاً ، قياس استهلاك الطاقة

يهدف اختبار استهلاك الطاقة للوحدة اللاسلكية بشكل أساسي إلى قياس التيار ، وينقسم هنا إلى اختبارين مختلفين للتيار الهادئ والتيار الديناميكي. عندما تكون الوحدة في حالة السكون أو الاستعداد ، لأن التيار لا يتغير ، احتفظ بقيمة ثابتة ، نسميها التيار الهادئ. في هذا الوقت ، يمكننا استخدام مقياس متعدد تقليدي للقياس ، ما عليك سوى توصيل مقياس متعدد في سلسلة مع دبوس مزود الطاقة للحصول على قيمة القياس المطلوبة ، كما هو موضح في الشكل 1.

الخطوة 2:

عند قياس تيار الانبعاث لوضع التشغيل العادي للوحدة النمطية ، يكون التيار الكلي في حالة تغيير بسبب الوقت القصير المطلوب لنقل الإشارة. نحن نسميها التيار الديناميكي. وقت استجابة جهاز القياس المتعدد بطيء ، ومن الصعب التقاط التيار المتغير ، لذلك لا يمكنك استخدام المتر المتعدد للقياس. لتغيير التيار ، تحتاج إلى استخدام مرسمة الذبذبات والمسبار الحالي للقياس. تظهر نتيجة القياس في الشكل 2.

الخطوة 3: ثانيًا ، حساب عمر البطارية

غالبًا ما تحتوي الوحدات النمطية اللاسلكية على وضعين للتشغيل ، وضع التشغيل ووضع السكون ، كما هو موضح في الشكل 3 أدناه.

الخطوة الرابعة:

البيانات الواردة أعلاه تأتي من منتجنا LM400TU. وفقًا للشكل أعلاه ، يبلغ الفاصل الزمني للإرسال بين رزمتين من حزم الإرسال 1000 مللي ثانية ، ويتم حساب متوسط التيار:

بمعنى آخر ، يبلغ متوسط التيار حوالي 2.4 مللي أمبير في ثانية واحدة. إذا كنت تستخدم مصدر طاقة CR2032 ، فيمكنك بشكل مثالي استخدام حوالي 83 ساعة ، حوالي 3.5 يومًا. ماذا لو مددنا ساعات العمل لدينا إلى ساعة واحدة؟ وبالمثل ، يمكن حساب المعادلة أعلاه أن متوسط التيار لكل ساعة هو 1.67uA فقط. نفس القسم من بطارية CR2032 يمكنه دعم المعدات للعمل 119 ، 760 ساعة ، حوالي 13 سنة! من مقارنة المثالين أعلاه ، فإن زيادة الفاصل الزمني بين إرسال الحزم وإطالة وقت السكون يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة للجهاز بأكمله ، بحيث يمكن للجهاز العمل لفترة أطول. هذا هو السبب في أن المنتجات في صناعة قراءة العدادات اللاسلكية تُستخدم عمومًا لفترة طويلة لأنها ترسل البيانات مرة واحدة فقط في اليوم.

الخطوة 5: ثالثًا ، أسباب ومشكلات الطاقة المشتركة

من أجل ضمان انخفاض استهلاك الطاقة للمنتج ، بالإضافة إلى زيادة وقت الحزمة ، هناك أيضًا انخفاض في الاستهلاك الحالي للمنتج نفسه ، أي Iwork و ISleep المذكورة أعلاه. في ظل الظروف العادية ، يجب أن تتوافق هاتان القيمتان مع ورقة بيانات الشريحة ، ولكن إذا لم يتم استخدام المستخدم بشكل صحيح ، فقد تكون هناك مشاكل. عندما اختبرنا تيار انبعاث الوحدة ، وجدنا أن تركيب الهوائي كان له تأثير كبير على نتائج الاختبار. عند القياس بهوائي ، يكون تيار المنتج 120 مللي أمبير ، ولكن إذا تم فك الهوائي ، يرتفع تيار الاختبار إلى ما يقرب من 150 مللي أمبير. يرجع السبب الشاذ في استهلاك الطاقة في هذه الحالة بشكل أساسي إلى عدم تطابق نهاية التردد اللاسلكي للوحدة ، مما يتسبب في عمل السلطة الفلسطينية الداخلية بشكل غير طبيعي. لذلك ، نوصي العملاء بإجراء الاختبار عند تقييم الوحدة اللاسلكية.

في الحسابات السابقة ، عندما يصبح الفاصل الزمني للإرسال أطول وأطول ، تصبح دورة العمل الحالية للعمل أصغر وأصغر ، والعامل الأكبر الذي يؤثر على استهلاك الطاقة للماكينة بأكملها هو ISleep. كلما كانت ISleep أصغر ، كلما طال عمر المنتج. هذه القيمة قريبة بشكل عام من ورقة بيانات الرقاقة ، لكننا غالبًا ما نواجه قدرًا كبيرًا من النوم الحالي في اختبار ملاحظات العملاء ، لماذا؟

غالبًا ما تحدث هذه المشكلة بسبب تكوين MCU. يمكن أن يصل متوسط استهلاك طاقة MCU لوحدة MCU واحدة إلى مستوى مللي أمبير. بمعنى آخر ، إذا فقدت أو لم تتطابق عن طريق الخطأ مع حالة منفذ الإدخال والإخراج ، فمن المحتمل أن تدمر التصميم السابق للطاقة المنخفضة. لنأخذ تجربة صغيرة كمثال لنرى مدى تأثير المشكلة.

الخطوة السادسة:

في عملية الاختبار بالشكل 4 والشكل 5 ، يكون كائن الاختبار هو نفس المنتج ، ونفس التكوين هو وضع سكون الوحدة ، والذي يمكن أن يرى بوضوح اختلاف نتائج الاختبار. في الشكل 4 ، تم تكوين جميع IOs للمدخلات المنسدلة أو المنسدلة ، والتيار المختبَر هو 4.9uA فقط. في الشكل 5 ، تم تكوين اثنين فقط من IOs كمدخلات عائمة ، وكانت نتيجة الاختبار 86.1uA.

إذا ظل تيار التشغيل ومدة الشكل 3 ثابتين ، فإن الفاصل الزمني للإرسال هو ساعة واحدة ، مما يؤدي إلى حسابات مختلفة لتيار السكون. وفقًا لنتائج الشكل 4 ، يبلغ متوسط التيار لكل ساعة 5.57 uA ، ووفقًا للشكل 5 ، يبلغ 86.77 uA ، أي حوالي 16 مرة. أيضًا باستخدام مصدر طاقة بطارية CR2032 بسعة 200 مللي أمبير في الساعة ، يمكن للمنتج وفقًا لتكوين الشكل 4 أن يعمل بشكل طبيعي لمدة 4 سنوات تقريبًا ، ووفقًا لتكوين الشكل 5 ، فإن هذه النتيجة لا تتجاوز 3 أشهر فقط! كما يتضح من الأمثلة المذكورة أعلاه ، يجب اتباع مبادئ التصميم التالية لزيادة مدة استخدام الوحدة اللاسلكية:

1. بشرط تلبية متطلبات التطبيق للعملاء ، قم بتمديد الفترة الزمنية لإرسال الحزم قدر الإمكان ، وتقليل تيار العمل خلال فترة العمل ؛

2. يجب تكوين حالة الإدخال / الإخراج الخاصة بوحدة MCU بشكل صحيح. قد يكون لوحدات MCU الخاصة بمصنعين مختلفين تكوينات مختلفة. الرجوع إلى البيانات الرسمية للحصول على التفاصيل.

LM400TU هي وحدة LoRa الأساسية منخفضة الطاقة تم تطويرها بواسطة ZLG Zhiyuan Electronics. تم تصميم الوحدة باستخدام تقنية تعديل LoRa المستمدة من نظام الاتصالات العسكرية. فهو يجمع بين تقنية معالجة توسيع الطيف الفريدة لحل حجم البيانات الصغيرة بشكل مثالي في بيئة معقدة. مشكلة الاتصال لمسافات طويلة جدا. تدمج وحدة النقل الشفافة لشبكة LoRa بروتوكول النقل الشفاف للشبكة ذاتية التنظيم ، وتدعم شبكة التنظيم الذاتي للزر الواحد للمستخدم ، وتوفر بروتوكول قراءة عدادًا مخصصًا ، وبروتوكول CLAA وبروتوكول LoRaWAN. يمكن للمستخدمين تطوير التطبيقات مباشرة دون قضاء الكثير من الوقت على البروتوكول.