Kuinka mitata oikein langattomien viestintämoduulien virrankulutus alhaisen virrankulutuksen aikakaudella?: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Pieni virrankulutus on erittäin tärkeä käsite esineiden Internetissä. Useimmat IoT -solmut tarvitsevat virtansa paristoilla. Vain mittaamalla oikein langattoman moduulin virrankulutuksen voimme arvioida tarkasti, kuinka paljon akkua tarvitaan 5 vuoden akunkestoon. Tämä artikkeli selittää sinulle yksityiskohtaiset mittausmenetelmät.

Monissa esineiden internetin sovelluksissa päätelaitteet ovat tyypillisesti paristokäyttöisiä ja niillä on rajoitettu käytettävissä oleva teho. Akun itsestään purkautumisen vuoksi todellinen sähkönkulutus on pahimmassa tapauksessa vain noin 70% nimellistehosta. Esimerkiksi yleisesti käytetty CR2032 -nappiparisto, yhden akun nimelliskapasiteetti on 200mAh, ja itse asiassa vain 140mAh voidaan käyttää.

Koska akun teho on niin rajallinen, on tärkeää vähentää tuotteen virrankulutusta! Katsotaanpa yleisesti käytettyjä menetelmiä virrankulutuksen mittaamiseksi. Vain silloin, kun nämä virrankulutuksen mittausmenetelmät ovat selvät, tuotteen virrankulutus voidaan optimoida.

Vaihe 1: Ensinnäkin virrankulutuksen mittaus

Langattoman moduulin virrankulutustesti on tarkoitettu pääasiassa virran mittaamiseen, ja tässä on jaettu kaksi erilaista lepovirran ja dynaamisen virran testiä. Kun moduuli on lepotilassa tai valmiustilassa, koska virta ei muutu, pidä staattinen arvo, kutsumme sitä lepovirtaksi. Tällä hetkellä voimme mitata perinteisellä yleismittarilla, tarvitsemme vain kytkeä yleismittari sarjaan virtalähteen tapin kanssa saadaksesi vaaditun mittausarvon, kuten kuvassa 1.

Vaihe 2:

Mittaamalla moduulin normaalin toimintatavan päästövirtaa kokonaisvirta on muutoksen tilassa, koska signaalin siirto vaatii lyhyen ajan. Kutsumme sitä dynaamiseksi virraksi. Yleismittarin vasteaika on hidas, muuttuvan virran mittaaminen on vaikeaa, joten yleismittaria ei voi käyttää mittaamiseen. Virran muuttamiseksi sinun on käytettävä oskilloskooppia ja virtamittaria mittaamiseen. Mittaustulos on esitetty kuvassa 2.

Vaihe 3: Toiseksi akun käyttöiän laskeminen

Langattomilla moduuleilla on usein kaksi toimintatilaa, toimintatila ja lepotila, kuten alla olevassa kuvassa 3 esitetään.

Vaihe 4:

Yllä olevat tiedot ovat peräisin LM400TU -tuotteestamme. Yllä olevan kuvan mukaan kahden lähetyspaketin välinen siirtoväli on 1000 ms, ja keskimääräinen virta lasketaan:

Toisin sanoen keskimääräinen virta on noin 2,4 mA 1 sekunnissa. Jos käytät CR2032 -virtalähdettä, voit ihanteellisesti käyttää noin 83 tuntia, noin 3,5 päivää. Mitä jos pidennämme työaikaamme yhteen tuntiin? Samoin voidaan laskea yllä olevalla kaavalla, että keskimääräinen virta tunnissa on vain 1,67uA. Sama CR2032 -akun osa tukee laitteiden toimintaa 119, 760 tuntia, noin 13 vuotta! Edellä olevien kahden esimerkin vertailusta pakettien lähettämisen ja lepotilan pidentämisen välisen ajan lisääminen voi vähentää koko koneen virrankulutusta, jotta laite voi toimia pidempään. Siksi langattomien mittarilukemateollisuuden tuotteita käytetään yleensä pitkään, koska ne lähettävät tietoja vain kerran päivässä.

Vaihe 5: Kolmanneksi yleisimmät virtaongelmat ja syyt

Tuotteen alhaisen virrankulutuksen varmistamiseksi pakettien väliajan pidentämisen lisäksi pienenee myös itse tuotteen eli edellä mainittujen Iwork- ja ISleep -laitteiden nykyinen kulutus. Normaalioloissa näiden kahden arvon pitäisi olla yhdenmukaisia sirun tietolomakkeen kanssa, mutta jos käyttäjää ei käytetä oikein, saattaa ilmetä ongelmia. Kun testasimme moduulin päästövirtaa, huomasimme, että antennin asentamisella oli suuri vaikutus testituloksiin. Antennilla mitattaessa tuotteen virta on 120 mA, mutta jos antenni ruuvataan irti, testivirta nousee lähes 150 mA: ksi. Virrankulutuspoikkeama tässä tapauksessa johtuu pääasiassa moduulin RF -pään epäsuhdasta, jolloin sisäinen PA toimii epänormaalisti. Siksi suosittelemme, että asiakkaat suorittavat testin arvioidessaan langatonta moduulia.

Aiemmissa laskelmissa, kun lähetysväli pidentyy ja pidentyy, työvirta on pienempi ja pienempi, ja suurin koko koneen virrankulutukseen vaikuttava tekijä on ISleep. Mitä pienempi ISleep, sitä pidempi tuotteen käyttöikä on. Tämä arvo on yleensä lähellä sirun tietolomaketta, mutta kohtaamme usein suuren univirran asiakaspalautetestissä, miksi?

Tämä ongelma johtuu usein MCU: n kokoonpanosta. Yhden MCU: n keskimääräinen MCU -virrankulutus voi saavuttaa mA -tason. Toisin sanoen, jos vahingossa unohdat tai vastaat IO-portin tilaa, se todennäköisesti tuhoaa edellisen pienitehoisen rakenteen. Otetaan esimerkkinä pieni kokeilu nähdäksemme, kuinka paljon ongelma vaikuttaa.

Vaihe 6:

Kuvioiden 4 ja 5 testausprosessissa testikohde on sama tuote ja sama kokoonpano on moduulin lepotila, joka voi selvästi nähdä testitulosten eron. Kuvassa 4 kaikki IO: t on konfiguroitu sisään- tai alasvetoon, ja testattu virta on vain 4,9 uA. Kuviossa 5 vain kaksi IO: ta on konfiguroitu kelluviksi tuloiksi ja testitulos on 86,1 uA.

Jos kuvan 3 käyttövirta ja kesto pidetään vakiona, siirtoväli on 1 tunti, mikä tuo erilaisia lepovirtalaskelmia. Kuvion 4 tulosten mukaan keskimääräinen virta tunnissa on 5,57 uA ja kuvion 5 mukaan 86,77 uA, mikä on noin 16 kertaa. Käyttämällä myös 200 mAh: n CR2032 -akkuvirtalähdettä, kuvan 4 kokoonpanon mukainen tuote voi toimia normaalisti noin 4 vuotta, ja kuvan 5 kokoonpanon mukaan tämä tulos on vain noin 3 kuukautta! Kuten yllä olevista esimerkeistä voidaan nähdä, seuraavia suunnitteluperiaatteita on noudatettava maksimoidaksesi langattoman moduulin käyttöiän:

1. Edellyttäen, että asiakkaat täyttävät sovellusvaatimukset, pidennä pakettien lähetysaikaa mahdollisimman paljon ja vähennä työvirtaa työjakson aikana;

2. MCU: n IO -tila on määritettävä oikein. Eri valmistajien MCU: t voivat olla eri kokoonpanoissa. Katso lisätietoja virallisista tiedoista.

LM400TU on pienitehoinen LoRa-ydinmoduuli, jonka on kehittänyt ZLG Zhiyuan Electronics. Moduuli on suunniteltu LoRa -modulaatiotekniikalla, joka on johdettu sotilasviestintäjärjestelmästä. Se yhdistää ainutlaatuisen taajuuksien laajentamisen prosessointitekniikan ratkaisemaan täydellisesti pienen datamäärän monimutkaisessa ympäristössä. Erittäin pitkän matkan viestinnän ongelma. LoRa-verkon läpinäkyvä siirtomoduuli sisältää itseorganisoituvan verkon läpinäkyvän siirtoprotokollan, tukee käyttäjän yhdellä painikkeella itseorganisoitavaa verkkoa ja tarjoaa erillisen mittarinlukuprotokollan, CLAA-protokollan ja LoRaWAN-protokollan. Käyttäjät voivat suoraan kehittää sovelluksia käyttämättä paljon aikaa protokollaan.