تعداد دستگاه های متصل اینترنت اشیا پیش بینی می شود جهش به 125 میلیارد تا سال 2030. باور این موضوع به عنوان هزینه های جهانی اینترنت اشیا دشوار نیست در سال 745 به 2019 میلیارد دلار رسید. در مقابل این پسزمینه، طراحان لوازم الکترونیکی برای بهینهسازی طرحها به ویژه در مورد عمر باتری تحت فشار هستند.
در این مقاله ، Dunstan Power ، مدیر ByteSnap Design ، ایده هایی را در مورد ملاحظات اصلی برای طراحی سیستم های رادیویی بی سیم کم مصرف ارائه می دهد.
عمل متعادل سازی
کاهش مصرف برق یک دستگاه در حالی که سعی در دستیابی به سطح مطلوب عملکرد دارد یکی از چالش برانگیزترین موارد در طراحی کم مصرف است. هر دستگاه بی سیم کم مصرف موفق در حال حاضر موجود ، نتیجه یک اقدام متعادل کننده موفق است ، جایی که توسعه دهندگان اولویت های خود را سنجیده و مجموعه ای از مصالحه ها را انجام داده اند که منجر به عملکرد یک دستگاه شده است.
طراحی نرم افزار
انتخاب های سیستمی که در ابتدای پروژه انجام می شود، تعیین می کند که چه چیزی می تواند به دست آید. طراحی برای توان کم از همان ابتدا توصیه می شود، با اولین ملاحظه نوع رادیویی است که باید به کار گرفته شود. این انتخاب از رادیوهای برد کوتاه مانند ZigBee، Thread، بلوتوث و Wi-Fi گرفته تا رادیوهای دوربرد کم مصرف، از جمله LoRa، SigFox و Weightless و سیستمهای رادیویی سلولی بسیار گسترده است.
برخی از طول موج های رادیویی بسیار بهتر از دیگران پخش می شوند ، این به معنای افزایش بازده انرژی است. فرکانس های پایین تر از فرکانس های بالاتر بهتر انتشار می یابند ، اما سازش این است که سرعت داده بالقوه کاهش می یابد. فرکانس های بالاتر تمایل دارند مسافت کمتری را پوشش دهند ، اما دارای پهنای باند بالاتر و سرعت انتقال سریع تر هستند. هرچه سیگنال های فاصله بیشتر طی کنند ، سرعت شما به طور کلی کاهش می یابد.
توپولوژی سیستم رادیویی را نیز در نظر بگیرید - این می تواند کارایی و سرعت سیستم را در صورت مدیریت صحیح افزایش دهد. توپولوژی ستاره وقتی ایده آل است که دستگاه اصلی با باتری کار نمی کند و قادر است بار شبکه را به تنهایی مدیریت کند. متناوباً ، در صورت کم مصرف بودن همه دستگاه ها ، شبکه مش با تکرارهای متعدد می تواند مناسب تر باشد.
انتخاب میکروکنترلر معمولاً ساده است و یک طراح معمولاً از خانواده / سازنده ای که با آن آشنایی دارند برخوردار خواهد بود. اکثر پردازنده های کوچک این روزها - مبتنی بر PIC- ، AVR- ، مبتنی بر ARM - دارای حالت کم قدرت هستند که می توانند برای کاهش توان مورد نیاز در حین کار استفاده شوند. آنها به وقفه ای اعتماد می کنند تا دوباره بیدار شوند. بسیاری از اینها همچنین دارای سیستم بیدار شدن سریع هستند تا بتوانند به موقع خود را به حداقل برسانند و در نتیجه توان مصرفی را کاهش دهند.
دامنه بی سیم کم مصرف به این معنی است که انتخاب باتری در هر پروژه متفاوت است. با این حال ، هنگامی که سیستم رادیویی به انفجار جریان ناگهانی نیاز دارد یا باتری باید دوباره شارژ شود ، گزینه ها اغلب به سرعت محدود می شوند.
ورق های داده سازنده باتری می توانند کمک کنند ، اما بیشتر آنها منحنی تخلیه باتری را بر اساس تخلیه جریان ثابت نشان می دهند و معمولاً با کشش جریان بالاتر از یک سیستم کم مصرف استفاده می شود. برای درک اینکه در سیستم کم توان چه اتفاقی می افتد ، باید از برخی درون یابی ها استفاده شود.
همچنین ، سیستم های رادیویی مانند این هنگام خوابیدن از حداقل توان استفاده می کنند و پس از بیدار شدن برای دریافت و انتقال به پالس های زیادی جریان نیاز دارند. بعضی از باتری ها برای این کار مناسب نیستند.
عوامل محیطی نیز در انتخاب باتری و استفاده از آنها تأثیر می گذارد. یک محیط سرد باعث کاهش ولتاژ باتری و دوام کلی مفید باتری دستگاه می شود. دمای بالا همچنین می تواند روی برخی از باتری ها تأثیر منفی بگذارد.
روند انتخاب باتری در نتیجه تکراری است. برای یافتن بهترین نامزد ، ارزش آزمایش چند نوع متناسب با مشخصات را دارد. این جدول مشخصات چند نوع باتری معمول را به نمایش می گذارد:
نوع | ولتاژ سلول | تراکم انرژی | محدوده دمای تخلیه معمولی (°C) | مادام العمر آماده به کار | قابل شارژ؟ | حداکثر جریان |
لی یون | 3.6 | زیاد | 0 - 50 | کم | بله | زیاد |
قلیایی | 1.5 | زیاد | -18 - 55 | زیاد | نه | متوسط |
NiMH | 1.2 | کم | -20 - 65 | کم | بله | زیاد |
سلول سکه لی | 3 | کم | -30 - 60 | زیاد | نه (معمولا) | کم |
LiSoCl2 | 3 | زیاد | -80 - 125 | بسیار بالا | نه | زیاد |
پس از انتخاب باتری ، باید یک نقطه قطع تعیین شود. به طور کلی برای سیستم های بسیار کم مصرف ، در مورد اجزایی که عملکرد آنها با ولتاژ تغییر می کند احتیاط بیشتری لازم است. به عنوان مثال نمایشگرهای LCD و LED ها باتری هایی دارند که می توانند تا حدی کاهش پیدا کنند که کنتراست از بین برود یا LED ها خاموش شوند. برای داشتن بهترین تجربه کاربر ، باید اطمینان حاصل کنید که ولتاژ باتری مورد نیاز شما برای کارکردن آن کافی است.
اگر سیستم به یک ولتاژ ورودی نیاز دارد (زمانی که به نقطه قطع رسیده است در حالی که باتری ها هنوز ظرفیت قابل استفاده دارند - به عنوان مثال اگر یک سیستم اسمی 3 ولت در 2.5 ولت قطع شود)، ممکن است تنظیم کننده تقویت کننده لازم باشد. با این حال، مصالحه هایی وجود دارد که باید در انجام این کار در نظر گرفت:
· رگلاتور باید روی چه ولتاژی تنظیم شود؟
· راندمان رگولاتور چقدر است و چگونه با ولتاژ ورودی تغییر می کند؟
· وقتی ولتاژ ورودی بالاتر از ولتاژ تنظیم شده باشد، یعنی زمانی که باتری های جدید نصب می شوند، چه اتفاقی می افتد؟
· آیا اتلاف انرژی توسط رگولاتور به دلیل ناکارآمدی، هرگونه افزایش ظرفیت را از بین می برد؟
· آیا یک مبدل تقویت کننده می تواند با تخلیه باتری به ولتاژی که کمتر از آن سیستم خاموش می شود، از ظرفیت باتری به طور کامل استفاده کند؟
طراحی سخت افزار
کشش و سایر نکات طراحی را به حداقل برسانید
طراحی سیستم رادیویی بی سیم Low Power مستلزم توجه به جزئیاتی است که در دستگاه هایی که مصرف برق بی اهمیت است ، به راحتی نادیده گرفته می شوند.
با سیستم های عادی و مجهز به شبکه اصلی ، دیگر نگران عناصری مانند نشت جریان از طریق مقاومت های کششی نخواهید بود. در سیستم های کم توان ، این مصرف برق می تواند به یک مسئله تبدیل شود. در اینجا برخی از مصالحه ها صورت می گیرد:
آنتن را تنظیم کنید
حتی اگر برد در طراحی مهم است ، به یاد داشته باشید که آنتن را تنظیم کنید. با این کار ، مهندسان می توانند قدرت انتقال مورد نیاز برای دستیابی به دامنه مورد نظر را به حداقل برسانند.
پاسخگو بودن و زمان بیدار شدن
یک دستگاه بی سیم کم مصرف باید سریع به حالت "مفید" برسد. زمان بین لمس کاربر روی صفحه و پاسخ سیستم ، زمانی است که نور پس زمینه شما روشن است و انرژی را می کشد ، به طور بالقوه زمان پاسخ را کند می کند. معمولاً یک یا چند جز dedicated به بیدار شدن پردازنده اصلی اختصاص داده شده و خاموش کردن ساده دستگاه ، روش مفیدی برای صرفه جویی در مصرف باتری نیست.
هماهنگ سازی
بسیاری از دستگاه های رادیویی کم مصرف برای دریافت داده یا دستورالعمل با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. برای این اتفاق ، لازم است که گیرنده اطلاعات را دریافت کند. هر دو انتها باید همگام سازی شده و هماهنگ باقی بمانند ، اما ما توصیه می کنیم مصرف گیرنده مورد نیاز برای این کار را به حداقل برسانید.
در سیستم هایی که دو دستگاه مجهز به باتری در حال برقراری ارتباط هستند ، هر دو حالت کم مصرف / خواب را برای حفظ عمر باتری وارد می کنند. بنابراین ، داده ها از طریق عبور یا دریافت فساد ناپذیر تضمین نمی شوند ، از این رو پروتکل های مختلفی مانند تشخیص خطا و تأیید ، برای مقابله با این موضوع ساخته شده اند.
مراقب رانش دما باشید
هر دستگاه فعال در سیستم به نوعی از ساعت استفاده می کند. اینها می توانند با درجه حرارت رانش کنند ، به این معنی که مهمترین نکته در مورد عوامل محیطی است که می تواند منجر به اختلاف زمانی بین دستگاههای فعال شود. بسیار مهم است که هنگام طراحی سیستم ، رانش در نظر گرفته شود زیرا می تواند منجر به افزایش مصرف انرژی باتری شود.
توان TX را به حداقل برسانید
بی جهت انرژی خروجی را بیش از میزان مورد نیاز افزایش ندهید - اگر اتصال رادیویی فقط باید به ده متر برسد ، بعید است که قدرت خروجی 5dB مورد نیاز باشد.
پالس های انتقال کوتاه
وقتی فرستنده روشن است ، یک رادیوی کم مصرف در حداکثر حالت توان خود قرار دارد. بنابراین منطقی است که به موقع آن را به حداقل برسانیم. این به معنای کاهش میزان داده های منتقل شده است.
برای به حداقل رساندن گیرنده به موقع، تمرکز بر روی مقدار داده برای انتقال و آنچه که با آن ارتباط برقرار می شود است. اگر سیستم نیاز به روشن بودن مداوم داشته باشد، زمان n گیرنده را می توان به حداقل رساند زیرا مهندس از قبل می داند که سیستم روشن است و می تواند در هر زمان ارسال کند.
به روزرسانی سیستم های رادیویی
برای به روزرسانی سیستم رادیویی دو روش وجود دارد: دستی ، که شامل رفتن به هر واحد و به روزرسانی می شود و از طریق هوا (OTA) ، جایی که رادیو خود کد موجود در واحد را به روز می کند. به روزرسانی های OTA به طور کلی بسیار کارآمدتر هستند ، اما احتمال اشتباه وجود دارد. بنابراین گاوصندوق های خرابی برای اطمینان از ادامه کار سیستم بسیار حیاتی هستند.
تست دسته ای
با دستگاه های کم مصرف که با باتری کار می کنند ، می توانید دقیقاً در محدوده عملکرد جز the کار کنید. با دستگاه های فعال مانند FET ، که به افت ولتاژ پایین اعتماد می کنید ، همیشه در مشخصات دستگاه تفاوت وجود دارد که ممکن است عملکرد را تحت تأثیر قرار دهد.
آزمایش دسته ای ارزش اطمینان را دارد تا اطمینان حاصل شود که هرگونه تغییری عملکرد دستگاه را به خطر نمی اندازد. به منظور جلوگیری از ایجاد درد در هنگام تولید انبوه ، ارزش شبیه سازی برخی از جنبه های ساده تر طراحی را با استفاده از شبیه ساز SPICE مانند درجه حرارت و ولتاژ شدید دارد.
و به یاد داشته باشید - تجربه و انتظارات کاربر ملاحظات حیاتی است. یک مهندس می تواند یک سیستم فوق العاده کم قدرت را طراحی کند که کاربر نهایی را راضی نکند زیرا ممکن است انتظار داشته باشند بسیار سریعتر از آنچه در واقع پاسخ می دهد پاسخ دهد. این جایی است که عمل تعادل واقعاً اتفاق می افتد ، اما با فن آوری های موجود و مهندسان باتجربه ، مصالحه امکان پذیر است.
(عکس توسط میکا باومیستر on می Unsplash)
آیا می خواهید از مدیران اجرایی و رهبران فکری در این فضا اطلاعات بیشتری کسب کنید؟ یافتن پست های بیشتر در مورد دنیای دوقلو دیجیتال رویدادی که در تاریخ 8 تا 9 سپتامبر 2021 برگزار میشود، که به بررسی عمیقتر نتایج کسبوکار و صنایعی خواهد پرداخت.
منبع: https://iottechnews.com/news/2021/jun/17/saving-power-in-low-power-wireless-radio-systems/
- 2021
- حساب
- فعال
- معرفی
- انتن
- مقاله
- باتری
- باتری
- بهترین
- بیلیون
- بلوتوث
- تخته
- کسب و کار
- کمبریج
- ظرفیت
- مشتریان
- رمز
- سکه
- مشترک
- مصرف
- ادامه دادن
- جاری
- داده ها
- طرح
- طراح
- کشف
- توسعه دهندگان
- دستگاه ها
- مدیر
- فاصله
- قطره
- بهره وری
- الکترونیک
- به پایان می رسد
- مهندس
- مهندسی
- مورد تأیید
- محیط
- محیطی
- واقعه
- مدیران
- FAST
- شکل
- نام خانوادگی
- مناسب
- تمرکز
- fpga
- سوالات عمومی
- جهانی
- زیاد
- چگونه
- HTTPS
- از جمله
- افزایش
- لوازم
- صنعت
- اطلاعات
- بینش
- اینترنت اشیا
- دستگاه های iot
- IT
- کلید
- بزرگ
- رهبری
- سطح
- محدود شده
- ارتباط دادن
- بار
- سازنده
- شبکه مش
- شبکه
- پیشنهادات
- عملیاتی
- گزینه
- سفارش
- دیگر
- دیگران
- کارایی
- قدرت
- فشار
- تولید
- پروژه
- رادیو
- محدوده
- كاهش دادن
- پاسخ
- صرفه جویی کردن
- پرده
- حس
- سلسله
- تنظیم
- کوتاه
- شبیه ساز
- کند شدن
- کوچک
- So
- فضا
- سرعت
- هزینه
- دولت
- ماندن
- موفق
- پشتیبانی
- گزینه
- سیستم
- سیستم های
- فن آوری
- تست
- زمان
- سفر
- دانشگاه
- بروزرسانی
- به روز رسانی
- طول موج
- چه شده است
- وای فای
- بي سيم
- در داخل
- مهاجرت کاری
- با ارزش