Comment mesurer correctement la consommation d'énergie des modules de communication sans fil à l'ère de la faible consommation d'énergie ? : 6 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

La faible consommation d'énergie est un concept extrêmement important dans l'Internet des objets. La plupart des nœuds IoT doivent être alimentés par des batteries. Ce n'est qu'en mesurant correctement la consommation électrique du module sans fil que nous pouvons estimer avec précision la quantité de batterie nécessaire pour une durée de vie de 5 ans. Cet article vous expliquera les méthodes de mesure détaillées.

Dans de nombreuses applications de l'Internet des objets, les terminaux sont généralement alimentés par batterie et ont une puissance disponible limitée. En raison de l'autodécharge de la batterie, l'utilisation réelle de l'électricité dans le pire des cas n'est que d'environ 70% de la puissance nominale. Par exemple, la pile bouton CR2032 couramment utilisée, la capacité nominale d'une pile est de 200 mAh, et en fait, seulement 140 mAh peuvent être utilisées.

La puissance de la batterie étant si limitée, il est important de réduire la consommation électrique du produit ! Jetons un coup d'œil aux méthodes couramment utilisées pour mesurer la consommation d'énergie. Ce n'est que lorsque ces méthodes de mesure de la consommation électrique sont claires que la consommation électrique du produit peut être optimisée.

Étape 1: Tout d'abord, mesure de la consommation d'énergie

Le test de consommation électrique du module sans fil consiste principalement à mesurer le courant, et est ici divisé en deux tests différents de courant de repos et de courant dynamique. Lorsque le module est en état de veille ou de veille, car le courant ne change pas, conservez une valeur statique, nous l'appelons courant de repos. À ce stade, nous pouvons utiliser un multimètre traditionnel pour mesurer, il suffit de connecter un multimètre en série avec la broche d'alimentation pour obtenir la valeur de mesure requise, comme le montre la figure 1.

Étape 2:

Lors de la mesure du courant d'émission du mode de fonctionnement normal du module, le courant total est dans un état de changement en raison du court temps requis pour la transmission du signal. Nous l'appelons courant dynamique. Le temps de réponse du multimètre est lent, il est difficile de capturer le courant changeant, vous ne pouvez donc pas utiliser le multimètre pour mesurer. Pour changer le courant, vous devez utiliser l'oscilloscope et la sonde de courant pour mesurer. Le résultat de la mesure est illustré à la figure 2.

Étape 3: Deuxièmement, le calcul de la durée de vie de la batterie

Les modules sans fil ont souvent deux modes de fonctionnement, le mode de fonctionnement et le mode veille, comme le montre la figure 3 ci-dessous.

Étape 4:

Les données ci-dessus proviennent de notre produit LM400TU. Selon la figure ci-dessus, l'intervalle de transmission entre deux paquets de transmission est de 1000 ms et le courant moyen est calculé:

En d'autres termes, le courant moyen est d'environ 2,4 mA en 1 seconde. Si vous utilisez une alimentation CR2032, vous pouvez idéalement utiliser environ 83 heures, soit environ 3,5 jours. Et si nous étendions nos heures de travail à une heure ? De même, il peut être calculé par la formule ci-dessus que le courant moyen par heure n'est que de 1,67 uA. La même section de la pile CR2032 peut supporter l'équipement pour fonctionner 119, 760 heures, environ 13 ans ! À partir de la comparaison des deux exemples ci-dessus, l'augmentation de l'intervalle de temps entre l'envoi de paquets et l'extension du temps de veille peut réduire la consommation électrique de l'ensemble de la machine, de sorte que l'appareil puisse fonctionner plus longtemps. C'est pourquoi les produits de l'industrie du relevé de compteurs sans fil sont généralement utilisés depuis longtemps car ils n'envoient des données qu'une fois par jour.

Étape 5: Troisièmement, problèmes d'alimentation courants et causes

Afin de garantir la faible consommation d'énergie du produit, en plus d'augmenter le temps d'intervalle des paquets, il existe également une réduction de la consommation de courant du produit lui-même, c'est-à-dire Iwork et ISleep mentionnés ci-dessus. Dans des circonstances normales, ces deux valeurs doivent être cohérentes avec la fiche technique de la puce, mais si l'utilisateur n'est pas utilisé correctement, des problèmes peuvent survenir. Lorsque nous avons testé le courant d'émission du module, nous avons constaté que l'installation de l'antenne avait un impact important sur les résultats du test. Lors de la mesure avec une antenne, le courant d'un produit est de 120mA, mais si l'antenne est dévissé, le courant de test est monté en flèche à près de 150mA. L'anomalie de consommation d'énergie dans ce cas est principalement causée par la non-concordance de l'extrémité RF du module, provoquant un fonctionnement anormal du PA interne. Par conséquent, nous recommandons aux clients de passer le test lors de l'évaluation du module sans fil.

Dans les calculs précédents, lorsque l'intervalle de transmission s'allonge de plus en plus, le cycle d'utilisation du courant de travail devient de plus en plus petit, et le facteur le plus important affectant la consommation d'énergie de l'ensemble de la machine est ISleep. Plus l'ISleep est petit, plus la durée de vie du produit sera longue. Cette valeur est généralement proche de la fiche technique de la puce, mais nous rencontrons souvent une grande quantité de courant de sommeil dans le test de retour client, pourquoi ?

Ce problème est souvent causé par la configuration du MCU. La consommation moyenne d'énergie MCU d'un seul MCU peut atteindre le niveau mA. En d'autres termes, si vous manquez ou ne correspondez pas accidentellement à l'état d'un port IO, cela risque de détruire la conception basse consommation précédente. Prenons une petite expérience comme exemple pour voir à quel point le problème affecte.

Étape 6:

Dans le processus de test de la figure 4 et de la figure 5, l'objet de test est le même produit et la même configuration est le mode veille du module, qui peut évidemment voir la différence des résultats du test. Dans la figure 4, toutes les E/S sont configurées pour l'entrée pull-down ou pull-up, et le courant testé n'est que de 4,9 uA. Dans la figure 5, seules deux des E/S sont configurées comme entrées flottantes et le résultat du test est de 86,1 uA.

Si le courant de fonctionnement et la durée de la figure 3 sont maintenus constants, l'intervalle de transmission est de 1 heure, ce qui entraîne différents calculs de courant de sommeil. Selon les résultats de la figure 4, le courant moyen par heure est de 5,57 uA, et selon la figure 5, il est de 86,77 uA, soit environ 16 fois. Utilisant également une alimentation par batterie 200mAh CR2032, le produit selon la configuration de la figure 4, peut fonctionner normalement pendant environ 4 ans, et selon la configuration de la figure 5, ce résultat n'est que d'environ 3 mois ! Comme le montrent les exemples ci-dessus, les principes de conception suivants doivent être suivis pour maximiser la durée d'utilisation du module sans fil:

1. À condition de satisfaire les exigences d'application des clients, prolongez autant que possible l'intervalle d'envoi de paquets et réduisez le courant de travail pendant la période de travail;

2. L'état des E/S du MCU doit être correctement configuré. Les MCU de différents fabricants peuvent avoir des configurations différentes. Reportez-vous aux données officielles pour plus de détails.

LM400TU est un module central LoRa à faible consommation développé par ZLG Zhiyuan Electronics. Le module est conçu avec la technologie de modulation LoRa dérivée du système de communication militaire. Il combine une technologie de traitement d'élargissement du spectre unique pour résoudre parfaitement un petit volume de données dans un environnement complexe. Le problème de la communication ultra longue distance. Le module de transmission transparente du réseau LoRa intègre le protocole de transmission transparent du réseau auto-organisé, prend en charge le réseau d'auto-organisation à un bouton de l'utilisateur et fournit un protocole de lecture de compteur dédié, un protocole CLAA et un protocole LoRaWAN. Les utilisateurs peuvent développer directement des applications sans passer beaucoup de temps sur le protocole.