วิธีการวัดการใช้พลังงานของโมดูลการสื่อสารไร้สายอย่างถูกต้องในยุคที่ใช้พลังงานต่ำอย่างถูกต้อง: 6 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

การใช้พลังงานต่ำเป็นแนวคิดที่สำคัญอย่างยิ่งในอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง โหนด IoT ส่วนใหญ่ต้องใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ โดยการวัดการใช้พลังงานของโมดูลไร้สายอย่างถูกต้องเท่านั้น เราสามารถประเมินได้อย่างแม่นยำว่าต้องใช้แบตเตอรี่เท่าใดสำหรับอายุการใช้งานแบตเตอรี่ 5 ปี บทความนี้จะอธิบายวิธีการวัดโดยละเอียดสำหรับคุณ

ในการใช้งานอินเทอร์เน็ตออฟธิงส์หลายๆ อย่าง โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ปลายทางจะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และมีพลังงานที่จำกัด เนื่องจากการคายประจุของแบตเตอรี่เอง การใช้ไฟฟ้าจริงในกรณีที่แย่ที่สุดคือประมาณ 70% ของกำลังไฟปกติเท่านั้น ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ปุ่ม CR2032 ที่ใช้กันทั่วไป ความจุเล็กน้อยของแบตเตอรี่หนึ่งก้อนคือ 200mAh และที่จริงแล้วสามารถใช้ได้เพียง 140mAh เท่านั้น

เนื่องจากพลังงานของแบตเตอรี่มีจำกัด ดังนั้นการลดการใช้พลังงานของผลิตภัณฑ์จึงเป็นสิ่งสำคัญ! ลองมาดูวิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการวัดการใช้พลังงาน เฉพาะเมื่อวิธีการวัดการใช้พลังงานเหล่านี้ชัดเจนเท่านั้นจึงจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของผลิตภัณฑ์ได้

ขั้นตอนที่ 1: ขั้นแรก การวัดการใช้พลังงาน

การทดสอบการใช้พลังงานของโมดูลไร้สายเป็นส่วนใหญ่เพื่อวัดกระแส และที่นี่แบ่งออกเป็นสองการทดสอบที่แตกต่างกันของกระแสนิ่งและกระแสไดนามิก เมื่อโมดูลอยู่ในสถานะสลีปหรือสแตนด์บาย เนื่องจากกระแสไม่เปลี่ยนแปลง ให้คงค่าคงที่ เราเรียกว่ากระแสไฟนิ่ง ในเวลานี้ เราสามารถใช้มัลติมิเตอร์แบบเดิมในการวัดได้ เพียงแค่เชื่อมต่อมัลติมิเตอร์แบบอนุกรมกับพินของแหล่งจ่ายไฟเพื่อให้ได้ค่าการวัดที่ต้องการ ดังแสดงในรูปที่ 1

ขั้นตอนที่ 2:

เมื่อวัดกระแสไฟที่ปล่อยออกมาของโหมดการทำงานปกติของโมดูล กระแสรวมจะอยู่ในสถานะเปลี่ยนแปลงเนื่องจากต้องใช้เวลาในการส่งสัญญาณสั้น เราเรียกว่ากระแสไดนามิก เวลาตอบสนองของมัลติมิเตอร์นั้นช้า การจับกระแสที่เปลี่ยนแปลงได้ยาก คุณจึงไม่สามารถใช้มัลติมิเตอร์ในการวัดได้ ในการเปลี่ยนกระแส คุณต้องใช้ออสซิลโลสโคปและโพรบกระแสในการวัด ผลการวัดแสดงในรูปที่ 2

ขั้นตอนที่ 3: ประการที่สอง การคำนวณอายุแบตเตอรี่

โมดูลไร้สายมักมีโหมดการทำงานสองโหมด ได้แก่ โหมดการทำงานและโหมดสลีป ดังแสดงในรูปที่ 3 ด้านล่าง

ขั้นตอนที่ 4:

ข้อมูลข้างต้นมาจากผลิตภัณฑ์ LM400TU ของเรา ตามรูปด้านบน ช่วงเวลาการส่งระหว่างสองแพ็กเก็ตการส่งคือ 1,000ms และคำนวณกระแสเฉลี่ย:

กล่าวอีกนัยหนึ่งกระแสเฉลี่ยประมาณ 2.4mA ใน 1 วินาที หากคุณใช้แหล่งจ่ายไฟ CR2032 คุณจะสามารถใช้งานได้ประมาณ 83 ชั่วโมง หรือประมาณ 3.5 วัน จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราขยายเวลาทำงานเป็นหนึ่งชั่วโมง ในทำนองเดียวกันก็สามารถคำนวณได้จากสูตรข้างต้นว่ากระแสเฉลี่ยต่อชั่วโมงเพียง 1.67uA เท่านั้น ส่วนเดียวกันของแบตเตอรี่ CR2032 สามารถรองรับอุปกรณ์ในการทำงาน 119, 760 ชั่วโมง, ประมาณ 13 ปี! จากการเปรียบเทียบสองตัวอย่างข้างต้น การเพิ่มช่วงเวลาระหว่างการส่งแพ็กเก็ตและการขยายเวลาพักเครื่อง สามารถลดการใช้พลังงานของเครื่องทั้งเครื่อง เพื่อให้อุปกรณ์สามารถทำงานได้นานขึ้น นี่คือเหตุผลที่ผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมการอ่านมิเตอร์แบบไร้สายมักใช้มาเป็นเวลานาน เนื่องจากจะส่งข้อมูลเพียงวันละครั้งเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 5: ประการที่สาม ปัญหาและสาเหตุทั่วไปเกี่ยวกับพลังงาน

เพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ใช้พลังงานต่ำ นอกเหนือจากการเพิ่มช่วงเวลาแพ็กเก็ตแล้ว ยังมีการลดการใช้ผลิตภัณฑ์ในปัจจุบันด้วย นั่นคือ Iwork และ ISleep ที่กล่าวถึงข้างต้น ภายใต้สถานการณ์ปกติ ค่าทั้งสองนี้ควรสอดคล้องกับแผ่นข้อมูลชิป แต่ถ้าผู้ใช้ไม่ได้ใช้อย่างเหมาะสม อาจมีปัญหาได้ เมื่อเราทดสอบกระแสไฟที่ปล่อยออกมาของโมดูล เราพบว่าการติดตั้งเสาอากาศส่งผลกระทบอย่างมากต่อผลการทดสอบ เมื่อวัดด้วยเสาอากาศ กระแสของผลิตภัณฑ์คือ 120mA แต่ถ้าเสาอากาศถูกขัน กระแสทดสอบจะเพิ่มสูงขึ้นเกือบ 150mA ความผิดปกติในการใช้พลังงานในกรณีนี้ส่วนใหญ่เกิดจากส่วนปลาย RF ที่ไม่ตรงกันของโมดูล ทำให้ PA ภายในทำงานผิดปกติ ดังนั้น เราแนะนำให้ลูกค้าทำการทดสอบเมื่อทำการประเมินโมดูลไร้สาย

ในการคำนวณครั้งก่อน เมื่อช่วงการส่งกำลังนานขึ้นเรื่อยๆ รอบการทำงานปัจจุบันที่กำลังทำงานจะเล็กลงเรื่อยๆ และปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งผลต่อการใช้พลังงานของเครื่องจักรทั้งหมดคือ ISleep ISleep ที่เล็กลง อายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ก็จะยาวนานขึ้น ค่านี้โดยทั่วไปจะใกล้เคียงกับแผ่นข้อมูลชิป แต่เรามักพบกระแสการนอนหลับจำนวนมากในปัจจุบันในการทดสอบความคิดเห็นของลูกค้า เหตุใด

ปัญหานี้มักเกิดจากการกำหนดค่าของ MCU การใช้พลังงานเฉลี่ยของ MCU ของ MCU เดียวสามารถเข้าถึงระดับ mA กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากคุณพลาดหรือไม่ตรงกับสถานะของพอร์ต IO โดยไม่ได้ตั้งใจ มีความเป็นไปได้ที่จะทำลายการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ำก่อนหน้านี้ ลองใช้การทดลองเล็กๆ น้อยๆ เป็นตัวอย่างเพื่อดูว่าปัญหาส่งผลกระทบมากน้อยเพียงใด

ขั้นตอนที่ 6:

ในกระบวนการทดสอบของรูปที่ 4 และรูปที่ 5 วัตถุทดสอบเป็นผลิตภัณฑ์เดียวกัน และการกำหนดค่าเดียวกันคือโหมดสลีปของโมดูล ซึ่งสามารถเห็นความแตกต่างของผลการทดสอบได้อย่างชัดเจน ในรูปที่ 4 IO ทั้งหมดได้รับการกำหนดค่าสำหรับอินพุตแบบดึงลงหรือแบบดึงขึ้น และกระแสที่ทดสอบมีเพียง 4.9uA ในรูปที่ 5 มีการกำหนดค่า IO เพียงสองรายการเป็นอินพุตแบบลอยตัว และผลการทดสอบคือ 86.1uA

หากกระแสไฟทำงานและระยะเวลาของรูปที่ 3 คงที่ ช่วงเวลาการส่งข้อมูลคือ 1 ชั่วโมง ซึ่งทำให้การคำนวณกระแสไฟสลีปแตกต่างกัน จากผลลัพธ์ของรูปที่ 4 กระแสเฉลี่ยต่อชั่วโมงคือ 5.57 uA และตามรูปที่ 5 คือ 86.77 uA ซึ่งประมาณ 16 เท่า นอกจากนี้ยังใช้แหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่ CR2032 ขนาด 200mAh ผลิตภัณฑ์ตามการกำหนดค่าของรูปที่ 4 สามารถทำงานได้ตามปกติประมาณ 4 ปีและตามการกำหนดค่ารูปที่ 5 ผลลัพธ์นี้มีเพียง 3 เดือนเท่านั้น! ดังที่เห็นได้จากตัวอย่างข้างต้น ควรปฏิบัติตามหลักการออกแบบต่อไปนี้เพื่อเพิ่มระยะเวลาการใช้งานโมดูลไร้สายให้สูงสุด:

1. ภายใต้เงื่อนไขของการปฏิบัติตามข้อกำหนดการสมัครของลูกค้า ขยายระยะเวลาการส่งแพ็กเก็ตให้มากที่สุด และลดกระแสการทำงานในระหว่างระยะเวลาการทำงาน

2. ต้องกำหนดค่าสถานะ IO ของ MCU ให้ถูกต้อง MCU ของผู้ผลิตหลายรายอาจมีการกำหนดค่าต่างกัน อ้างถึงข้อมูลอย่างเป็นทางการสำหรับรายละเอียด

LM400TU เป็นโมดูลหลัก LoRa แบบใช้พลังงานต่ำที่พัฒนาโดย ZLG Zhiyuan Electronics โมดูลนี้ได้รับการออกแบบด้วยเทคโนโลยีการมอดูเลต LoRa ที่ได้มาจากระบบสื่อสารทางทหาร ผสมผสานเทคโนโลยีการประมวลผลการขยายสเปกตรัมที่เป็นเอกลักษณ์เพื่อแก้ปัญหาปริมาณข้อมูลขนาดเล็กในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนได้อย่างสมบูรณ์แบบ ปัญหาการสื่อสารทางไกลเป็นพิเศษ โมดูลการส่งข้อมูลแบบโปร่งใสของเครือข่าย LoRa จะฝังโปรโตคอลการส่งผ่านเครือข่ายแบบโปร่งใสที่จัดระเบียบตัวเองได้ รองรับเครือข่ายที่จัดระเบียบด้วยตนเองด้วยปุ่มเดียวของผู้ใช้ และจัดเตรียมโปรโตคอลการอ่านมิเตอร์เฉพาะ โปรโตคอล CLAA และโปรโตคอล LoRaWAN ผู้ใช้สามารถพัฒนาแอปพลิเคชันได้โดยตรงโดยไม่ต้องเสียเวลากับโปรโตคอลมากนัก