Bagaimana Mengukur Konsumsi Daya Modul Komunikasi Nirkabel dengan Benar di Era Konsumsi Daya Rendah?: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Konsumsi daya yang rendah adalah konsep yang sangat penting dalam Internet of Things. Sebagian besar node IoT perlu ditenagai oleh baterai. Hanya dengan mengukur konsumsi daya modul nirkabel dengan benar, kami dapat memperkirakan secara akurat berapa banyak baterai yang dibutuhkan untuk masa pakai baterai 5 tahun. Artikel ini akan menjelaskan metode pengukuran terperinci untuk Anda.

Dalam banyak aplikasi Internet of Things, perangkat terminal biasanya bertenaga baterai dan memiliki daya yang tersedia terbatas. Karena self-discharge baterai, penggunaan listrik yang sebenarnya dalam kasus terburuk hanya sekitar 70% dari daya nominal. Misalnya, baterai tombol CR2032 yang umum digunakan, kapasitas nominal satu baterai adalah 200mAh, dan sebenarnya hanya 140mAh yang dapat digunakan.

Karena daya baterai sangat terbatas, penting untuk mengurangi konsumsi daya produk! Mari kita lihat metode yang umum digunakan untuk mengukur konsumsi daya. Hanya jika metode pengukuran konsumsi daya ini jelas, konsumsi daya produk dapat dioptimalkan.

Langkah 1: Pertama, Pengukuran Konsumsi Daya

Tes konsumsi daya modul nirkabel terutama untuk mengukur arus, dan di sini dibagi menjadi dua tes arus diam dan arus dinamis yang berbeda. Ketika modul dalam keadaan tidur atau siaga, karena arus tidak berubah, tetap dalam nilai statis, kami menyebutnya arus diam. Saat ini, kita dapat menggunakan multimeter tradisional untuk mengukur, hanya perlu menghubungkan multimeter secara seri dengan pin catu daya untuk mendapatkan nilai pengukuran yang diperlukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Langkah 2:

Saat mengukur arus emisi mode operasi normal modul, arus total dalam keadaan berubah karena waktu singkat yang diperlukan untuk transmisi sinyal. Kami menyebutnya arus dinamis. Waktu respons multimeter lambat, sulit untuk menangkap arus yang berubah, sehingga Anda tidak dapat menggunakan multimeter untuk mengukur. Untuk mengubah arus, Anda perlu menggunakan osiloskop dan probe arus untuk mengukur. Hasil pengukuran ditunjukkan pada Gambar 2.

Langkah 3: Kedua, Perhitungan Masa Pakai Baterai

Modul nirkabel sering memiliki dua mode operasi, mode operasi dan mode tidur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 di bawah.

Langkah 4:

Data di atas berasal dari produk LM400TU kami. Menurut gambar di atas, interval transmisi antara dua paket transmisi adalah 1000ms, dan arus rata-rata dihitung:

Dengan kata lain, arus rata-rata sekitar 2,4mA dalam 1 detik. Jika Anda menggunakan catu daya CR2032, idealnya Anda dapat menggunakan sekitar 83 jam, sekitar 3,5 hari. Bagaimana jika kita memperpanjang jam kerja kita menjadi satu jam? Demikian pula, dapat dihitung dengan rumus di atas bahwa arus rata-rata per jam hanya 1,67uA. Bagian yang sama dari baterai CR2032 dapat mendukung peralatan untuk bekerja 119, 760 jam, sekitar 13 tahun! Dari perbandingan dua contoh di atas, meningkatkan interval waktu antara pengiriman paket dan memperpanjang waktu tidur dapat mengurangi konsumsi daya seluruh mesin, sehingga perangkat dapat bekerja lebih lama. Inilah sebabnya mengapa produk-produk di industri pembacaan meter nirkabel umumnya digunakan untuk waktu yang lama karena hanya mengirim data sekali sehari.

Langkah 5: Ketiga, Masalah dan Penyebab Umum Daya

Untuk memastikan konsumsi daya produk yang rendah, selain meningkatkan waktu interval paket, ada juga pengurangan konsumsi saat ini dari produk itu sendiri, yaitu Iwork dan ISleep yang disebutkan di atas. Dalam keadaan normal, kedua nilai ini harus konsisten dengan lembar data chip, tetapi jika pengguna tidak digunakan dengan benar, mungkin ada masalah. Saat kami menguji arus emisi modul, kami menemukan bahwa pemasangan antena berdampak besar pada hasil pengujian. Saat mengukur dengan antena, arus produk adalah 120mA, tetapi jika antena disekrup, arus uji melonjak hingga hampir 150mA. Anomali konsumsi daya dalam hal ini terutama disebabkan oleh ketidakcocokan ujung RF modul, menyebabkan PA internal bekerja secara tidak normal. Oleh karena itu, kami menyarankan agar pelanggan mengikuti tes saat mengevaluasi modul nirkabel.

Dalam perhitungan sebelumnya, ketika interval transmisi semakin lama, siklus kerja arus semakin kecil, dan faktor terbesar yang mempengaruhi konsumsi daya seluruh mesin adalah tidur. Semakin kecil ISleep, semakin lama umur produk. Nilai ini umumnya dekat dengan lembar data chip, tetapi kami sering menemukan sejumlah besar arus tidur dalam tes umpan balik pelanggan, mengapa?

Masalah ini sering disebabkan oleh konfigurasi MCU. Konsumsi daya MCU rata-rata dari satu MCU dapat mencapai level mA. Dengan kata lain, jika Anda secara tidak sengaja melewatkan atau tidak cocok dengan status port IO, kemungkinan akan merusak desain daya rendah sebelumnya. Mari kita ambil eksperimen kecil sebagai contoh untuk melihat seberapa besar pengaruh masalah tersebut.

Langkah 6:

Dalam proses pengujian Gambar 4 dan Gambar 5, objek uji adalah produk yang sama, dan konfigurasi yang sama adalah mode tidur modul, yang jelas dapat melihat perbedaan hasil pengujian. Pada Gambar 4, semua IO dikonfigurasi untuk input pull-down atau pull-up, dan arus yang diuji hanya 4.9uA. Pada Gambar 5, hanya dua IO yang dikonfigurasi sebagai input mengambang, dan hasil pengujiannya adalah 86.1uA.

Jika arus operasi dan durasi Gambar 3 dijaga konstan, interval transmisi adalah 1 jam, yang menghasilkan perhitungan arus tidur yang berbeda. Menurut hasil Gambar 4, arus rata-rata per jam adalah 5,57 uA, dan menurut Gambar 5 adalah 86,77 uA, yaitu sekitar 16 kali. Juga menggunakan catu daya baterai CR2032 200mAh, produk sesuai dengan konfigurasi Gambar 4, dapat bekerja secara normal selama sekitar 4 tahun, dan menurut konfigurasi Gambar 5, hasil ini hanya sekitar 3 bulan! Seperti yang dapat dilihat dari contoh di atas, prinsip-prinsip desain berikut harus diikuti untuk memaksimalkan durasi penggunaan modul nirkabel:

1. Dalam kondisi memenuhi persyaratan aplikasi pelanggan, memperpanjang interval pengiriman paket sebanyak mungkin, dan mengurangi arus kerja selama masa kerja;

2. Status IO MCU harus dikonfigurasi dengan benar. MCU dari pabrikan yang berbeda mungkin memiliki konfigurasi yang berbeda. Lihat data resmi untuk detailnya.

LM400TU adalah modul inti LoRa berdaya rendah yang dikembangkan oleh ZLG Zhiyuan Electronics. Modul ini dirancang dengan teknologi modulasi LoRa yang berasal dari sistem komunikasi militer. Ini menggabungkan teknologi pemrosesan pelebaran spektrum yang unik untuk menyelesaikan volume data kecil dengan sempurna di lingkungan yang kompleks. Masalah komunikasi jarak jauh ultra. Modul transmisi transparan jaringan LoRa menyematkan protokol transmisi transparan jaringan yang mengatur sendiri, mendukung jaringan yang mengatur sendiri satu tombol pengguna, dan menyediakan protokol pembacaan meter khusus, protokol CLAA, dan protokol LoRaWAN. Pengguna dapat langsung mengembangkan aplikasi tanpa menghabiskan banyak waktu pada protokol.