Wie misst man den Stromverbrauch von drahtlosen Kommunikationsmodulen im Zeitalter des geringen Stromverbrauchs richtig? - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Geringer Stromverbrauch ist ein äußerst wichtiges Konzept im Internet der Dinge. Die meisten IoT-Knoten müssen mit Batterien betrieben werden. Nur durch eine korrekte Messung des Stromverbrauchs des Funkmoduls können wir genau abschätzen, wie viel Batterie für die 5-jährige Batterielebensdauer benötigt wird. Dieser Artikel erklärt Ihnen die detaillierten Messmethoden.

In vielen Anwendungen des Internets der Dinge sind Endgeräte typischerweise batteriebetrieben und haben eine begrenzte verfügbare Leistung. Durch die Selbstentladung der Batterie beträgt der tatsächliche Stromverbrauch im schlimmsten Fall nur etwa 70 % der Nennleistung. Zum Beispiel die häufig verwendete CR2032-Knopfbatterie, die Nennkapazität einer Batterie beträgt 200 mAh, und tatsächlich können nur 140 mAh verwendet werden.

Da die Leistung des Akkus so begrenzt ist, ist es wichtig, den Stromverbrauch des Produkts zu reduzieren! Werfen wir einen Blick auf die gebräuchlichsten Methoden zur Messung des Stromverbrauchs. Nur wenn diese Methoden zur Messung des Energieverbrauchs klar sind, kann der Energieverbrauch des Produkts optimiert werden.

Schritt 1: Zuerst Messung des Stromverbrauchs

Der Stromverbrauchstest des Funkmoduls dient hauptsächlich der Strommessung und ist hier in zwei verschiedene Tests von Ruhestrom und dynamischem Strom unterteilt. Wenn sich das Modul im Schlaf- oder Standby-Zustand befindet, weil sich der Strom nicht ändert, behalten Sie einen statischen Wert bei, den wir Ruhestrom nennen. Zu diesem Zeitpunkt können wir ein herkömmliches Multimeter zum Messen verwenden, müssen nur ein Multimeter in Reihe mit dem Stromversorgungspin schalten, um den erforderlichen Messwert zu erhalten, wie in Abbildung 1 gezeigt.

Schritt 2:

Bei der Messung des Emissionsstroms im normalen Betriebsmodus des Moduls ändert sich der Gesamtstrom aufgrund der kurzen Zeit, die für die Signalübertragung benötigt wird. Wir nennen es dynamischen Strom. Die Reaktionszeit des Multimeters ist langsam, es ist schwierig, den sich ändernden Strom zu erfassen, sodass Sie das Multimeter nicht zum Messen verwenden können. Um den Strom zu ändern, müssen Sie das Oszilloskop und den Stromtastkopf zum Messen verwenden. Das Messergebnis ist in Abbildung 2 dargestellt.

Schritt 3: Zweitens die Berechnung der Batterielebensdauer

Drahtlose Module haben oft zwei Betriebsmodi, den Betriebsmodus und den Schlafmodus, wie in Abbildung 3 unten gezeigt.

Schritt 4:

Die obigen Daten stammen von unserem Produkt LM400TU. Gemäß obiger Abbildung beträgt das Übertragungsintervall zwischen zwei Übertragungspaketen 1000 ms und der durchschnittliche Strom wird berechnet:

Mit anderen Worten, der durchschnittliche Strom beträgt etwa 2,4 mA in 1 Sekunde. Wenn Sie ein CR2032-Netzteil verwenden, können Sie idealerweise etwa 83 Stunden, etwa 3,5 Tage, verwenden. Was ist, wenn wir unsere Arbeitszeit auf eine Stunde verlängern? Ebenso lässt sich nach obiger Formel berechnen, dass der durchschnittliche Strom pro Stunde nur 1,67uA beträgt. Der gleiche Abschnitt der CR2032-Batterie kann das Gerät auf 119.760 Stunden, etwa 13 Jahre, unterstützen! Wie aus dem Vergleich der beiden obigen Beispiele hervorgeht, kann die Erhöhung des Zeitintervalls zwischen dem Senden von Paketen und das Verlängern der Ruhezeit den Stromverbrauch des gesamten Computers reduzieren, sodass das Gerät länger arbeiten kann. Aus diesem Grund werden die Produkte in der drahtlosen Zählerauslesebranche in der Regel lange verwendet, da sie nur einmal am Tag Daten senden.

Schritt 5: Drittens, häufige Stromversorgungsprobleme und Ursachen

Um den geringen Stromverbrauch des Produkts zu gewährleisten, wird neben der Erhöhung der Paketintervallzeit auch der Stromverbrauch des Produkts selbst, dh Iwork und ISleep, wie oben erwähnt, reduziert. Unter normalen Umständen sollten diese beiden Werte mit dem Chipdatenblatt übereinstimmen, aber wenn der Benutzer nicht richtig verwendet wird, kann es zu Problemen kommen. Beim Testen des Emissionsstroms des Moduls stellten wir fest, dass die Installation der Antenne einen großen Einfluss auf die Testergebnisse hatte. Beim Messen mit einer Antenne beträgt der Strom eines Produkts 120mA, aber wenn die Antenne abgeschraubt wird, steigt der Prüfstrom auf fast 150mA. Die Anomalie beim Stromverbrauch wird in diesem Fall hauptsächlich durch die Fehlanpassung des HF-Endes des Moduls verursacht, wodurch die interne PA abnormal funktioniert. Daher empfehlen wir Kunden, den Test bei der Bewertung des Funkmoduls durchzuführen.

In den vorherigen Berechnungen wird, wenn das Übertragungsintervall immer länger wird, das Arbeitsstrom-Tastverhältnis immer kleiner, und der größte Faktor, der den Stromverbrauch der gesamten Maschine beeinflusst, ist ISleep. Je kleiner ISleep, desto länger die Produktlebensdauer. Dieser Wert liegt im Allgemeinen nahe am Chipdatenblatt, aber wir stoßen beim Kunden-Feedback-Test oft auf eine große Menge an Ruhestrom, warum?

Dieses Problem wird häufig durch die Konfiguration der MCU verursacht. Die durchschnittliche MCU-Leistungsaufnahme einer einzelnen MCU kann den mA-Wert erreichen. Mit anderen Worten, wenn Sie den Status eines IO-Ports versehentlich übersehen oder nicht übereinstimmen, wird wahrscheinlich das vorherige Low-Power-Design zerstört. Nehmen wir ein kleines Experiment als Beispiel, um zu sehen, wie stark sich das Problem auswirkt.

Schritt 6:

Im Testprozess von Abbildung 4 und Abbildung 5 ist das Testobjekt das gleiche Produkt und die gleiche Konfiguration ist der Schlafmodus des Moduls, was offensichtlich den Unterschied der Testergebnisse erkennen kann. In Abbildung 4 sind alle IOs für Eingangs-Pulldown oder Pull-up konfiguriert, und der getestete Strom beträgt nur 4,9uA. In Abbildung 5 sind nur zwei der IOs als potentialfreie Eingänge konfiguriert und das Testergebnis beträgt 86,1uA.

Wenn der Betriebsstrom und die Dauer von Abbildung 3 konstant gehalten werden, beträgt das Sendeintervall 1 Stunde, was unterschiedliche Schlafstromberechnungen mit sich bringt. Nach den Ergebnissen von Abb. 4 beträgt der durchschnittliche Strom pro Stunde 5,57 uA und nach Abb. 5 86,77 uA, was etwa dem 16-fachen entspricht. Auch bei Verwendung einer 200mAh CR2032-Batteriestromversorgung kann das Produkt gemäß der Konfiguration von Abbildung 4 ungefähr 4 Jahre lang normal funktionieren, und gemäß der Konfiguration von Abbildung 5 beträgt dieses Ergebnis nur ungefähr 3 Monate! Wie aus den obigen Beispielen ersichtlich, sollten folgende Konstruktionsprinzipien befolgt werden, um die Nutzungsdauer des Funkmoduls zu maximieren:

1. Unter der Bedingung, die Anwendungsanforderungen der Kunden zu erfüllen, das Intervall zum Senden von Paketen so weit wie möglich verlängern und den Arbeitsstrom während der Arbeitszeit reduzieren;

2. Der IO-Status der MCU muss korrekt konfiguriert sein. Die MCUs verschiedener Hersteller können unterschiedliche Konfigurationen aufweisen. Details finden Sie in den offiziellen Daten.

LM400TU ist ein LoRa-Kernmodul mit geringem Stromverbrauch, das von ZLG Zhiyuan Electronics entwickelt wurde. Das Modul wurde mit der LoRa-Modulationstechnologie entwickelt, die aus einem militärischen Kommunikationssystem abgeleitet wurde. Es kombiniert eine einzigartige Spektrum-Erweiterungs-Verarbeitungstechnologie, um kleine Datenmengen in komplexen Umgebungen perfekt zu lösen. Das Problem der Ultralangstreckenkommunikation. Das transparente Übertragungsmodul des LoRa-Netzwerks bettet das transparente Übertragungsprotokoll des selbstorganisierenden Netzwerks ein, unterstützt das selbstorganisierende Netzwerk des Benutzers mit nur einer Taste und bietet ein dediziertes Zählerstandsprotokoll, das CLAA-Protokoll und das LoRaWAN-Protokoll. Benutzer können Anwendungen direkt entwickeln, ohne viel Zeit mit dem Protokoll zu verbringen.