Hvordan måle strømforbruket til trådløse kommunikasjonsmoduler på riktig måte i tiden med lavt strømforbruk ?: 6 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Lavt strømforbruk er et ekstremt viktig konsept på tingenes internett. De fleste IoT -noder må drives av batterier. Bare ved å måle strømforbruket til den trådløse modulen riktig kan vi estimere nøyaktig hvor mye batteri som trengs for den 5-årige batterilevetiden. Denne artikkelen vil forklare de detaljerte målemetodene for deg.

I mange applikasjoner på tingenes internett er terminalenheter vanligvis batteridrevne og har begrenset tilgjengelig strøm. På grunn av selvutladning av batteriet er den faktiske bruken av elektrisitet i verste fall bare omtrent 70% av den nominelle effekten. For eksempel er det vanlige CR2032 -knappebatteriet, den nominelle kapasiteten til ett batteri 200mAh, og faktisk kan bare 140mAh brukes.

Siden batteriets effekt er så begrenset, er det viktig å redusere strømforbruket til produktet! La oss ta en titt på de vanlige metodene for å måle strømforbruk. Bare når disse metodene for måling av strømforbruk er klare, kan produktets strømforbruk optimaliseres.

Trinn 1: Først måling av strømforbruk

Strømforbrukstesten til den trådløse modulen er hovedsakelig for å måle strømmen, og her er delt inn i to forskjellige tester av hvilestrøm og dynamisk strøm. Når modulen er i hvilemodus eller ventemodus, fordi strømmen ikke endres, beholder du en statisk verdi, vi kaller den hvilestrøm. På dette tidspunktet kan vi bruke et tradisjonelt multimeter til å måle, vi trenger bare å koble et multimeter i serie med strømforsyningspinnen for å få den nødvendige måleverdien, som vist i figur 1.

Steg 2:

Når man måler utslippsstrømmen til modulens normale driftsmodus, er totalstrømmen i endring på grunn av den korte tiden som kreves for signaloverføring. Vi kaller det dynamisk strøm. Svartiden til multimeteret er treg, det er vanskelig å fange den endrede strømmen, så du kan ikke bruke multimeteret til å måle. For å endre strømmen må du bruke oscilloskopet og strømproben til å måle. Måleresultatet er vist i figur 2.

Trinn 3: For det andre, beregning av batterilevetid

Trådløse moduler har ofte to driftsmåter, driftsmodus og hvilemodus, som vist i figur 3 nedenfor.

Trinn 4:

Dataene ovenfor kommer fra vårt LM400TU -produkt. I følge figuren ovenfor er overføringsintervallet mellom to overføringspakker 1000 ms, og gjennomsnittlig strøm beregnes:

Med andre ord er gjennomsnittsstrømmen omtrent 2,4mA på 1 sekund. Hvis du bruker en CR2032 -strømforsyning, kan du ideelt sett bruke omtrent 83 timer, omtrent 3,5 dager. Hva om vi utvider arbeidstiden til en time? På samme måte kan det beregnes med formelen ovenfor at gjennomsnittlig strøm per time bare er 1,67uA. Den samme delen av CR2032 -batteriet kan støtte utstyret til å fungere 119, 760 timer, omtrent 13 år! Fra sammenligningen av de to eksemplene ovenfor kan økning av tidsintervallet mellom sending av pakker og forlengelse av hviletid redusere strømforbruket til hele maskinen, slik at enheten kan fungere lenger. Det er derfor produktene i den trådløse måleravlesningsindustrien vanligvis brukes lenge fordi de bare sender data en gang om dagen.

Trinn 5: For det tredje, vanlige strømproblemer og årsaker

For å sikre produktets lave strømforbruk, i tillegg til å øke pakkeintervallet, er det også en reduksjon i det nåværende forbruket av selve produktet, det vil si Iwork og ISleep nevnt ovenfor. Under normale omstendigheter bør disse to verdiene stemme overens med databladet, men hvis brukeren ikke brukes riktig, kan det oppstå problemer. Da vi testet modulens utslippsstrøm, fant vi ut at installering av antennen hadde stor innvirkning på testresultatene. Når du måler med en antenne, er strømmen til et produkt 120mA, men hvis antennen skrus av, stiger teststrømmen til nesten 150mA. Strømforbruksanomalien i dette tilfellet skyldes hovedsakelig feil i RF -enden på modulen, noe som får den interne PA til å fungere unormalt. Derfor anbefaler vi at kundene tar testen når de vurderer den trådløse modulen.

I de forrige beregningene, når overføringsintervallet blir lengre og lengre, blir arbeidsstrømmen i arbeidslivet mindre og mindre, og den største faktoren som påvirker strømforbruket til hele maskinen er ISleep. Jo mindre ISleep, jo lengre levetid vil produktet ha. Denne verdien er vanligvis nær databladet, men vi støter ofte på en stor mengde søvnstrøm i tilbakemeldingstesten fra kunder, hvorfor?

Dette problemet skyldes ofte konfigurasjonen av MCU. Det gjennomsnittlige MCU -strømforbruket til en enkelt MCU kan nå mA -nivået. Med andre ord, hvis du ved et uhell går glipp av eller ikke samsvarer tilstanden til en IO-port, vil det sannsynligvis ødelegge den forrige laveffektdesignen. La oss ta et lite eksperiment som et eksempel for å se hvor mye problemet påvirker.

Trinn 6:

I testprosessen på figur 4 og figur 5 er testobjektet det samme produktet, og den samme konfigurasjonen er modulens hvilemodus, som åpenbart kan se forskjellen i testresultater. I figur 4 er alle IOer konfigurert for nedtrekksinngang eller opptrekk, og den testede strømmen er bare 4,9 uA. I figur 5 er bare to av IO -ene konfigurert som flytende innganger, og testresultatet er 86,1 uA.

Hvis driftsstrømmen og varigheten i figur 3 holdes konstant, er overføringsintervallet 1 time, noe som gir forskjellige søvnstrømberegninger. I følge resultatene på figur 4 er gjennomsnittlig strøm per time 5,57 uA, og ifølge figur 5 er den 86,77 uA, som er omtrent 16 ganger. Også ved bruk av en 200mAh CR2032 batteristrømforsyning kan produktet i henhold til konfigurasjonen i figur 4 fungere normalt i omtrent 4 år, og i henhold til figur 5 -konfigurasjonen er dette resultatet bare omtrent 3 måneder! Som det fremgår av eksemplene ovenfor, bør følgende designprinsipper følges for å maksimere varigheten av bruken av den trådløse modulen:

1. Under forutsetning av å tilfredsstille applikasjonskravene til kunder, forleng intervallet for å sende pakker så mye som mulig, og reduser arbeidsstrømmen i arbeidsperioden;

2. IO -statusen til MCU må være riktig konfigurert. MCUene til forskjellige produsenter kan ha forskjellige konfigurasjoner. Se de offisielle dataene for detaljer.

LM400TU er en LoRa-kjernemodul med lav effekt utviklet av ZLG Zhiyuan Electronics. Modulen er designet med LoRa -moduleringsteknologi avledet fra militært kommunikasjonssystem. Den kombinerer unik spektrumutvidende behandlingsteknologi for perfekt å løse små datavolumer i komplekse omgivelser. Problemet med ultra langdistansekommunikasjon. LoRa-nettverkets gjennomsiktige overføringsmodul integrerer den selvorganiserende nettverkets transparente overføringsprotokoll, støtter brukerens selvknappende selvorganiserende nettverk og tilbyr en dedikert måleravlesningsprotokoll, CLAA-protokoll og LoRaWAN-protokoll. Brukere kan utvikle applikasjoner direkte uten å bruke mye tid på protokollen.