Hur mäter jag energiförbrukningen för trådlösa kommunikationsmoduler korrekt i tiden för låg strömförbrukning ?: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Låg energiförbrukning är ett extremt viktigt koncept på Internet of Things. De flesta IoT -noder måste drivas av batterier. Endast genom att korrekt mäta strömförbrukningen för den trådlösa modulen kan vi exakt uppskatta hur mycket batteri som behövs för den 5-åriga batteritiden. Denna artikel kommer att förklara de detaljerade mätmetoderna för dig.

I många tillämpningar på Internet of Things är terminalenheter vanligtvis batteridrivna och har begränsad tillgänglig ström. På grund av batteriets självurladdning är den faktiska elanvändningen i värsta fall bara cirka 70% av den nominella effekten. Till exempel, det vanliga CR2032 -knappbatteriet, den nominella kapaciteten för ett batteri är 200mAh, och faktiskt bara 140mAh kan användas.

Eftersom batteriets effekt är så begränsad är det viktigt att minska produktens strömförbrukning! Låt oss ta en titt på de vanliga metoderna för att mäta strömförbrukning. Endast när dessa metoder för att mäta strömförbrukning är tydliga kan produktens energiförbrukning optimeras.

Steg 1: Först mätning av energiförbrukning

Strömförbrukningstestet för den trådlösa modulen är främst för att mäta strömmen, och här är uppdelat i två olika tester av vilström och dynamisk ström. När modulen är i viloläge eller vänteläge, eftersom strömmen inte ändras, behåll ett statiskt värde, kallar vi det viloläge. För närvarande kan vi använda en traditionell multimeter för att mäta, vi behöver bara ansluta en multimeter i serie med strömförsörjningsstiftet för att få det önskade mätvärdet, som visas i figur 1.

Steg 2:

Vid mätning av emissionsströmmen för modulens normala driftsläge är den totala strömmen i ett tillstånd av förändring på grund av den korta tid som krävs för signalöverföring. Vi kallar det dynamisk ström. Svarstiden för multimetern är långsam, det är svårt att fånga den förändrade strömmen, så du kan inte använda multimetern för att mäta. För att ändra strömmen måste du använda oscilloskopet och strömproben för att mäta. Mätresultatet visas i figur 2.

Steg 3: För det andra, beräkningen av batteriets livslängd

Trådlösa moduler har ofta två driftslägen, driftsläge och viloläge, som visas i figur 3 nedan.

Steg 4:

Ovanstående data kommer från vår LM400TU -produkt. Enligt figuren ovan är överföringsintervallet mellan två överföringspaket 1000 ms och den genomsnittliga strömmen beräknas:

Med andra ord är den genomsnittliga strömmen cirka 2,4 mA på 1 sekund. Om du använder en CR2032 -strömförsörjning kan du helst använda cirka 83 timmar, cirka 3,5 dagar. Vad händer om vi förlänger vår arbetstid till en timme? På samma sätt kan det beräknas med formeln ovan att den genomsnittliga strömmen per timme bara är 1,67uA. Samma del av CR2032 -batteriet kan stödja utrustningen för att fungera 119, 760 timmar, cirka 13 år! Från jämförelsen mellan de två ovanstående exemplen kan ökad tidsintervall mellan sändning av paket och förlängning av sömntiden minska strömförbrukningen för hela maskinen, så att enheten kan fungera längre. Det är därför produkterna inom den trådlösa mätarindustrin används i allmänhet under lång tid eftersom de bara skickar data en gång om dagen.

Steg 5: För det tredje, vanliga strömproblem och orsaker

För att säkerställa produktens låga strömförbrukning, förutom att öka paketintervallstiden, finns det också en minskning av den nuvarande förbrukningen av själva produkten, det vill säga Iwork och ISleep som nämns ovan. Under normala omständigheter bör dessa två värden överensstämma med chipdatabladet, men om användaren inte används korrekt kan det uppstå problem. När vi testade modulens utsläppsström fann vi att installationen av antennen hade stor inverkan på testresultaten. Vid mätning med en antenn är strömmen för en produkt 120mA, men om antennen skruvas av är testströmmen hög till nästan 150mA. Strömförbrukningsanomalin i detta fall orsakas huvudsakligen av fel matchning av modulens RF -ände, vilket får den interna PA -enheten att fungera onormalt. Därför rekommenderar vi att kunderna gör testet när de utvärderar den trådlösa modulen.

I de tidigare beräkningarna, när överföringsintervallet blir längre och längre, blir den nuvarande arbetscykeln mindre och mindre, och den största faktorn som påverkar strömförbrukningen för hela maskinen är ISleep. Ju mindre ISleep, desto längre produktlivslängd. Detta värde ligger i allmänhet nära chipdatabladet, men vi stöter ofta på en stor mängd sömnström i kundfeedback -testet, varför?

Detta problem orsakas ofta av konfigurationen av MCU. Den genomsnittliga MCU -strömförbrukningen för en enda MCU kan nå mA -nivån. Med andra ord, om du av misstag missar eller stämmer överens med tillståndet för en IO-port, kommer det sannolikt att förstöra den tidigare lågeffektdesignen. Låt oss ta ett litet experiment som ett exempel för att se hur mycket problemet påverkar.

Steg 6:

I testprocessen i figur 4 och figur 5 är testobjektet samma produkt, och samma konfiguration är modulens viloläge, vilket uppenbarligen kan se skillnaden i testresultat. I figur 4 är alla IO konfigurerade för ingångsdragning eller uppdragning, och den testade strömmen är bara 4,9 uA. I figur 5 är endast två av IO: erna konfigurerade som flytande ingångar och testresultatet är 86,1 uA.

Om arbetsströmmen och varaktigheten i figur 3 hålls konstant är överföringsintervallet 1 timme, vilket ger olika sömnströmberäkningar. Enligt resultaten i fig. 4 är den genomsnittliga strömmen per timme 5,57 uA, och enligt fig. 5 är den 86,77 uA, vilket är cirka 16 gånger. Genom att använda en 200mAh CR2032 -batteriladdning kan produkten enligt konfigurationen i figur 4 fungera normalt i cirka 4 år, och enligt figur 5 -konfigurationen är detta resultat bara cirka 3 månader! Som framgår av exemplen ovan bör följande designprinciper följas för att maximera varaktigheten för användning av den trådlösa modulen:

1. Under förutsättning att kundernas applikationskrav uppfylls, förläng intervallet för att skicka paket så mycket som möjligt och minska arbetsströmmen under arbetsperioden.

2. IO -status för MCU måste vara korrekt konfigurerad. MCU från olika tillverkare kan ha olika konfigurationer. Se den officiella informationen för detaljer.

LM400TU är en LoRa-kärnmodul med låg effekt som utvecklats av ZLG Zhiyuan Electronics. Modulen är utformad med LoRa -moduleringsteknik härledd från militärt kommunikationssystem. Den kombinerar unik spektrumutvidgningsteknik för att perfekt lösa små datavolymer i komplex miljö. Problemet med ultralångdistanskommunikation. LoRa-nätverkets transparenta överföringsmodul bäddar in det självorganiserande nätverkets transparenta överföringsprotokoll, stöder användarens självknappande självorganiserande nätverk och tillhandahåller ett dedikerat mätarprotokoll, CLAA-protokoll och LoRaWAN-protokoll. Användare kan utveckla applikationer direkt utan att spendera mycket tid på protokollet.