Hvordan måles strømforbruget til trådløse kommunikationsmoduler korrekt i en æra med lavt strømforbrug ?: 6 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Lavt strømforbrug er et ekstremt vigtigt begreb i tingenes internet. De fleste IoT -noder skal drives af batterier. Kun ved korrekt måling af strømforbruget til det trådløse modul kan vi nøjagtigt estimere, hvor meget batteri der er brug for i 5 års batterilevetid. Denne artikel forklarer de detaljerede målemetoder for dig.

I mange applikationer på tingenes internet er terminalenheder typisk batteridrevne og har begrænset tilgængelig strøm. På grund af batteriets selvafladning er den faktiske elforbrug i værste fald kun omkring 70% af den nominelle effekt. For eksempel er det almindeligt anvendte CR2032 -knapbatteri, den nominelle kapacitet på et batteri 200mAh, og faktisk kan der kun bruges 140mAh.

Da batteriets effekt er så begrænset, er det vigtigt at reducere produktets strømforbrug! Lad os tage et kig på de almindeligt anvendte metoder til måling af strømforbrug. Først når disse metoder til måling af strømforbrug er klare, kan produktets strømforbrug optimeres.

Trin 1: Først måling af strømforbrug

Strømforbrugstesten af det trådløse modul er hovedsageligt til at måle strømmen, og her er opdelt i to forskellige test af hvilestrøm og dynamisk strøm. Når modulet er i slumretilstand eller standbytilstand, fordi strømmen ikke ændres, skal du beholde en statisk værdi, vi kalder det hvilestrøm. På dette tidspunkt kan vi bruge et traditionelt multimeter til at måle, vi skal bare tilslutte et multimeter i serie med strømforsyningspinden for at få den nødvendige måleværdi, som vist i figur 1.

Trin 2:

Ved måling af emissionsstrømmen for modulets normale driftstilstand er den samlede strøm i en ændret tilstand på grund af den korte tid, der kræves til signaloverførsel. Vi kalder det dynamisk strøm. Reaktionstiden for multimeteret er langsom, det er svært at fange den skiftende strøm, så du kan ikke bruge multimeteret til at måle. For at ændre strømmen skal du bruge oscilloskopet og strømproben til at måle. Måleresultatet er vist i figur 2.

Trin 3: For det andet beregning af batterilevetid

Trådløse moduler har ofte to driftsmåder, driftstilstand og dvaletilstand, som vist i figur 3 nedenfor.

Trin 4:

Ovenstående data stammer fra vores LM400TU -produkt. Ifølge ovenstående figur er transmissionsintervallet mellem to transmissionspakker 1000 ms, og den gennemsnitlige strøm beregnes:

Med andre ord er den gennemsnitlige strøm omkring 2,4 mA på 1 sekund. Hvis du bruger en CR2032 -strømforsyning, kan du ideelt set bruge omkring 83 timer, cirka 3,5 dage. Hvad hvis vi forlænger vores arbejdstid til en time? På samme måde kan det beregnes ved hjælp af ovenstående formel, at den gennemsnitlige strøm pr. Time kun er 1,67uA. Den samme del af CR2032 -batteriet kan understøtte udstyret til at fungere 119, 760 timer, cirka 13 år! Fra sammenligningen af de to ovennævnte eksempler kan øget tidsinterval mellem afsendelse af pakker og forlængelse af dvaletiden reducere strømforbruget for hele maskinen, så enheden kan arbejde længere. Derfor bruges produkterne inden for den trådløse måleraflæsning generelt i lang tid, fordi de kun sender data en gang om dagen.

Trin 5: For det tredje, fælles strømproblemer og årsager

For at sikre produktets lave strømforbrug udover at øge pakkeintervalstiden, er der også en reduktion i det aktuelle forbrug af selve produktet, det vil sige Iwork og ISleep nævnt ovenfor. Under normale omstændigheder bør disse to værdier være i overensstemmelse med chipdatabladet, men hvis brugeren ikke bruges korrekt, kan der være problemer. Da vi testede modulets emissionsstrøm, fandt vi ud af, at installationen af antennen havde stor indflydelse på testresultaterne. Ved måling med en antenne er produktets strøm 120mA, men hvis antennen skrues af, stiger teststrømmen til næsten 150mA. Strømforbruget anomali i dette tilfælde er hovedsageligt forårsaget af mismatch i RF -enden af modulet, hvilket får den interne PA til at fungere unormalt. Derfor anbefaler vi, at kunderne tager testen, når de vurderer det trådløse modul.

I de tidligere beregninger, når transmissionsintervallet bliver længere og længere, bliver den nuværende arbejdscyklus mindre og mindre, og den største faktor, der påvirker strømforbruget på hele maskinen, er ISleep. Jo mindre ISleep, jo længere vil produktets levetid være. Denne værdi er generelt tæt på chipdatabladet, men vi støder ofte på en stor mængde søvnstrøm i kundefeedback -testen, hvorfor?

Dette problem skyldes ofte konfigurationen af MCU'en. Det gennemsnitlige MCU -strømforbrug for en enkelt MCU kan nå mA -niveauet. Med andre ord, hvis du ved et uheld savner eller ikke matcher tilstanden for en IO-port, vil det sandsynligvis ødelægge det tidligere laveffektdesign. Lad os tage et lille eksperiment som et eksempel for at se, hvor meget problemet påvirker.

Trin 6:

I testprocessen i figur 4 og figur 5 er testobjektet det samme produkt, og den samme konfiguration er modulets dvaletilstand, som naturligvis kan se forskellen i testresultater. I figur 4 er alle IO'er konfigureret til input pull-down eller pull-up, og den testede strøm er kun 4,9uA. I figur 5 er kun to af IO'erne konfigureret som flydende input, og testresultatet er 86.1uA.

Hvis driftsstrømmen og varigheden i figur 3 holdes konstant, er transmissionsintervallet 1 time, hvilket medfører forskellige søvnstrømberegninger. Ifølge resultaterne i fig. 4 er den gennemsnitlige strøm pr. Time 5,57 uA, og ifølge figur 5 er den 86,77 uA, hvilket er cirka 16 gange. Også ved hjælp af en 200mAh CR2032 batteristrømforsyning kan produktet ifølge konfigurationen i figur 4 fungere normalt i cirka 4 år, og ifølge figur 5 -konfigurationen er dette resultat kun ca. 3 måneder! Som det fremgår af ovenstående eksempler, bør følgende designprincipper følges for at maksimere varigheden af det trådløse moduls brug:

1. Under forudsætning af at tilfredsstille kundens applikationskrav skal du forlænge intervallet for afsendelse af pakker så meget som muligt og reducere arbejdsstrømmen i løbet af arbejdsperioden;

2. IO -status for MCU skal konfigureres korrekt. MCU'erne fra forskellige producenter kan have forskellige konfigurationer. Se de officielle data for detaljer.

LM400TU er et Low-power LoRa-kernemodul udviklet af ZLG Zhiyuan Electronics. Modulet er designet med LoRa -moduleringsteknologi, der stammer fra militært kommunikationssystem. Det kombinerer unik spektrumudvidelse af behandlingsteknologi til perfekt at løse små datamængder i komplekse omgivelser. Problemet med ultra langdistancekommunikation. LoRa-netværkets transparente transmissionsmodul integrerer den selvorganiserende netværks transparente transmissionsprotokol, understøtter brugerens selvknappende selvorganiserende netværk og leverer en dedikeret måleraflæsningsprotokol, CLAA-protokol og LoRaWAN-protokol. Brugere kan direkte udvikle applikationer uden at bruge meget tid på protokollen.