Hoe het stroomverbruik van draadloze communicatiemodules correct te meten in het tijdperk van laag stroomverbruik? - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Laag stroomverbruik is een uiterst belangrijk concept in het internet der dingen. De meeste IoT-knooppunten moeten worden gevoed door batterijen. Alleen door het stroomverbruik van de draadloze module correct te meten, kunnen we nauwkeurig inschatten hoeveel batterij nodig is voor de batterijduur van 5 jaar. In dit artikel worden de gedetailleerde meetmethoden voor u uitgelegd.

In veel toepassingen van het internet der dingen werken eindapparaten doorgaans op batterijen en hebben ze een beperkt beschikbaar vermogen. Door de zelfontlading van de batterij is het daadwerkelijke stroomverbruik in het ergste geval slechts ongeveer 70% van het nominale vermogen. Bijvoorbeeld de veelgebruikte CR2032-knoopbatterij, de nominale capaciteit van één batterij is 200mAh, en eigenlijk kan slechts 140mAh worden gebruikt.

Omdat het vermogen van de batterij zo beperkt is, is het belangrijk om het stroomverbruik van het product te verminderen! Laten we eens kijken naar de veelgebruikte methoden voor het meten van het stroomverbruik. Alleen wanneer deze methoden voor het meten van het stroomverbruik duidelijk zijn, kan het stroomverbruik van het product worden geoptimaliseerd.

Stap 1: Ten eerste, meting van het stroomverbruik

De stroomverbruiktest van de draadloze module is voornamelijk bedoeld om de stroom te meten, en is hier verdeeld in twee verschillende tests van ruststroom en dynamische stroom. Wanneer de module zich in de slaap- of stand-bystatus bevindt, omdat de stroom niet verandert, een statische waarde behouden, we noemen het ruststroom. Op dit moment kunnen we een traditionele multimeter gebruiken om te meten, we hoeven alleen maar een multimeter in serie aan te sluiten met de voedingspin om de vereiste meetwaarde te krijgen, zoals weergegeven in figuur 1.

Stap 2:

Bij het meten van de emissiestroom van de normale bedrijfsmodus van de module, is de totale stroom in een staat van verandering vanwege de korte tijd die nodig is voor signaaloverdracht. We noemen het dynamische stroom. De reactietijd van de multimeter is traag, het is moeilijk om de veranderende stroom vast te leggen, dus je kunt de multimeter niet gebruiken om te meten. Om de stroom te veranderen, moet u de oscilloscoop en stroomprobe gebruiken om te meten. Het meetresultaat wordt weergegeven in figuur 2.

Stap 3: Ten tweede, de berekening van de levensduur van de batterij

Draadloze modules hebben vaak twee werkingsmodi, bedrijfsmodus en slaapmodus, zoals weergegeven in Afbeelding 3 hieronder.

Stap 4:

De bovenstaande gegevens zijn afkomstig van ons LM400TU-product. Volgens de bovenstaande afbeelding is het transmissie-interval tussen twee transmissiepakketten 1000 ms en wordt de gemiddelde stroom berekend:

Met andere woorden, de gemiddelde stroom is ongeveer 2,4 mA in 1 seconde. Als je een CR2032-voeding gebruikt, kun je idealiter ongeveer 83 uur, ongeveer 3,5 dagen, gebruiken. Wat als we onze werktijden uitbreiden naar een uur? Evenzo kan met de bovenstaande formule worden berekend dat de gemiddelde stroom per uur slechts 1,67 uA is. Hetzelfde gedeelte van de CR2032-batterij kan de apparatuur ondersteunen om 119, 760 uur, ongeveer 13 jaar te werken! Uit de vergelijking van de bovenstaande twee voorbeelden kan het vergroten van het tijdsinterval tussen het verzenden van pakketten en het verlengen van de slaaptijd het stroomverbruik van de hele machine verminderen, zodat het apparaat langer kan werken. Dit is de reden waarom de producten in de draadloze meteruitleesindustrie over het algemeen lang worden gebruikt omdat ze maar één keer per dag gegevens verzenden.

Stap 5: Ten derde, veelvoorkomende stroomproblemen en oorzaken

Om het lage stroomverbruik van het product te garanderen, is er niet alleen een verlenging van de pakketintervaltijd, maar ook een vermindering van het stroomverbruik van het product zelf, dat wil zeggen Iwork en ISleep zoals hierboven vermeld. Onder normale omstandigheden moeten deze twee waarden overeenkomen met het chipgegevensblad, maar als de gebruiker niet correct wordt gebruikt, kunnen er problemen optreden. Toen we de emissiestroom van de module testten, ontdekten we dat het installeren van de antenne een grote impact had op de testresultaten. Bij het meten met een antenne is de stroom van een product 120mA, maar als de antenne eraf wordt geschroefd, loopt de teststroom op tot bijna 150mA. De afwijking in het stroomverbruik wordt in dit geval voornamelijk veroorzaakt door de mismatch van het RF-uiteinde van de module, waardoor de interne PA abnormaal werkt. Daarom raden we klanten aan de test te doen bij het evalueren van de draadloze module.

In de vorige berekeningen, wanneer het transmissie-interval langer en langer wordt, wordt de werkstroomcyclus kleiner en kleiner, en de grootste factor die het stroomverbruik van de hele machine beïnvloedt, is ISleep. Hoe kleiner de ISleep, hoe langer de levensduur van het product. Deze waarde ligt over het algemeen in de buurt van het chipgegevensblad, maar we komen vaak een grote hoeveelheid slaapstroom tegen in de klantfeedbacktest, waarom?

Dit probleem wordt vaak veroorzaakt door de configuratie van de MCU. Het gemiddelde MCU-stroomverbruik van een enkele MCU kan het mA-niveau bereiken. Met andere woorden, als u per ongeluk de status van een IO-poort mist of niet overeenkomt, is de kans groot dat dit het vorige energiezuinige ontwerp vernietigt. Laten we een klein experiment als voorbeeld nemen om te zien hoeveel invloed het probleem heeft.

Stap 6:

In het testproces van Afbeelding 4 en Afbeelding 5 is het testobject hetzelfde product en dezelfde configuratie is de slaapmodus van de module, die duidelijk het verschil in testresultaten kan zien. In figuur 4 zijn alle IO's geconfigureerd voor input pull-down of pull-up, en de geteste stroom is slechts 4,9uA. In afbeelding 5 zijn slechts twee van de IO's geconfigureerd als zwevende ingangen en het testresultaat is 86.1uA.

Als de bedrijfsstroom en de duur van figuur 3 constant worden gehouden, is het transmissie-interval 1 uur, wat verschillende slaapstroomberekeningen oplevert. Volgens de resultaten van Fig. 4 is de gemiddelde stroom per uur 5,57 uA en volgens Fig. 5 is deze 86,77 uA, wat ongeveer 16 keer is. Ook bij gebruik van een 200mAh CR2032-batterijvoeding kan het product volgens de configuratie van figuur 4 normaal ongeveer 4 jaar werken, en volgens de configuratie van figuur 5 is dit resultaat slechts ongeveer 3 maanden! Zoals blijkt uit de bovenstaande voorbeelden, moeten de volgende ontwerpprincipes worden gevolgd om de gebruiksduur van de draadloze module te maximaliseren:

1. Op voorwaarde dat aan de toepassingsvereisten van klanten wordt voldaan, verlengt u het interval van het verzenden van pakketten zoveel mogelijk en vermindert u de werkstroom tijdens de werkperiode;

2. De IO-status van de MCU moet correct zijn geconfigureerd. De MCU's van verschillende fabrikanten kunnen verschillende configuraties hebben. Raadpleeg de officiële gegevens voor details.

LM400TU is een low-power LoRa-kernmodule ontwikkeld door ZLG Zhiyuan Electronics. De module is ontworpen met LoRa-modulatietechnologie die is afgeleid van een militair communicatiesysteem. Het combineert unieke spectrumverbredende verwerkingstechnologie om kleine datavolumes in complexe omgevingen perfect op te lossen. Het probleem van communicatie op afstand. De transparante LoRa-netwerktransmissiemodule integreert het zelforganiserende transparante netwerktransmissieprotocol, ondersteunt het zelforganiserende netwerk met één knop van de gebruiker en biedt een speciaal meteruitleesprotocol, CLAA-protocol en LoRaWAN-protocol. Gebruikers kunnen direct applicaties ontwikkelen zonder veel tijd aan het protocol te besteden.