Jumlah perangkat IoT yang terhubung diperkirakan sebesar ini melonjak menjadi 125 miliar pada tahun 2030. Hal ini tidak sulit dipercaya, seiring dengan belanja IoT global mencapai $ 745 miliar pada 2019. Dengan latar belakang ini, para perancang elektronik berada di bawah tekanan untuk mengoptimalkan desain terutama dalam hal masa pakai baterai.
Dalam artikel ini, Dunstan Power, Direktur Desain ByteSnap, menawarkan wawasan tentang pertimbangan utama untuk merancang sistem radio nirkabel berdaya rendah.
Tindakan penyeimbang
Mengurangi konsumsi daya perangkat saat mencoba mencapai tingkat fungsionalitas yang diinginkan adalah salah satu aspek yang paling menantang dari desain daya rendah. Setiap perangkat nirkabel berdaya rendah yang sukses saat ini tersedia adalah hasil dari tindakan penyeimbangan yang sukses, di mana para pengembang telah mempertimbangkan prioritas mereka dan membuat serangkaian kompromi yang menghasilkan perangkat yang berfungsi.
Desain perangkat lunak
Pilihan sistem yang dibuat pada awal proyek menentukan apa yang dapat dicapai. Disarankan untuk merancang perangkat berdaya rendah sejak awal, dengan pertimbangan pertama adalah jenis radio yang akan digunakan. Pilihannya sangat luas, mulai dari radio jarak pendek, seperti ZigBee, Thread, Bluetooth, dan Wi-Fi hingga radio berdaya rendah jarak jauh, termasuk LoRa, SigFox, dan Weightless, serta sistem radio seluler.
Beberapa panjang gelombang radio merambat jauh lebih baik daripada yang lain, yang berarti peningkatan efisiensi daya. Frekuensi yang lebih rendah cenderung menyebar lebih baik daripada frekuensi yang lebih tinggi, tetapi komprominya adalah bahwa kecepatan data potensial berkurang. Frekuensi yang lebih tinggi cenderung mencakup jarak yang lebih pendek, tetapi memiliki bandwidth yang lebih tinggi dan kecepatan transmisi yang lebih cepat. Semakin jauh sinyal jarak yang harus ditempuh, semakin lambat kecepatan yang dapat Anda gunakan secara umum.
Pertimbangkan juga topologi sistem radio – ini dapat meningkatkan efisiensi dan kecepatan sistem jika dikelola dengan benar. Topologi bintang ideal ketika perangkat master tidak bertenaga baterai dan mampu mengelola beban jaringan sendiri. Atau, di mana semua perangkat berdaya rendah, jaringan mesh dengan banyak repeater bisa lebih cocok.
Pilihan mikrokontroler biasanya langsung dan seorang desainer biasanya memiliki keluarga/produsen yang mereka kenal. Sebagian besar prosesor kecil saat ini – berbasis PIC-, AVR-, ARM – memiliki mode daya rendah yang dapat digunakan untuk mengurangi daya yang diperlukan selama pengoperasian. Mereka mengandalkan interupsi untuk membangunkan mereka lagi. Banyak dari ini juga memiliki sistem bangun cepat untuk menjaga waktu seminimal mungkin dan dengan demikian mengurangi daya yang digunakan.
Kisaran nirkabel berdaya rendah berarti bahwa pilihan baterai bervariasi di setiap proyek. Namun, ketika sistem radio membutuhkan semburan arus yang jarang, atau baterai perlu diisi ulang, opsi sering kali dengan cepat dibatasi.
Lembar data pabrikan baterai dapat membantu, tetapi sebagian besar akan menunjukkan kurva pengosongan baterai berdasarkan pengurasan arus konstan, dan biasanya pada penarikan arus yang lebih tinggi daripada yang akan digunakan oleh sistem daya rendah. Beberapa interpolasi harus digunakan untuk mengetahui apa yang akan terjadi dalam sistem daya rendah.
Juga, sistem radio seperti ini cenderung menggunakan daya minimal saat tidur dan kemudian membutuhkan pulsa arus yang besar saat bangun untuk menerima dan mentransmisikan. Beberapa baterai tidak cocok untuk ini.
Faktor lingkungan juga mempengaruhi pilihan baterai dan penggunaannya. Lingkungan yang dingin akan mengurangi tegangan baterai dan masa pakai baterai perangkat secara keseluruhan. Suhu tinggi juga dapat mempengaruhi beberapa baterai.
Proses pemilihan baterai akibatnya berulang. Untuk menemukan kandidat terbaik, ada baiknya mencoba beberapa tipe yang sesuai dengan spesifikasinya. Tabel ini menunjukkan beberapa karakteristik dari beberapa jenis baterai umum:
Tipe | Tegangan Sel | Kepadatan Energi | Kisaran suhu pemakaian umum (°C) | Siaga Seumur Hidup | Dapat diisi ulang? | Max Saat Ini |
Li Ion | 3.6 | High | 0 - 50 | Rendah | Yes | High |
Bersifat alkali | 1.5 | High | -18 - 55 | High | Tidak | Medium |
NiMH | 1.2 | Rendah | -20 - 65 | Rendah | Yes | High |
Sel Koin Li | 3 | Rendah | -30 - 60 | High | Tidak (biasanya) | Rendah |
LiSoCl2 | 3 | High | -80 - 125 | Sangat tinggi | Tidak | High |
Setelah pilihan baterai telah dibuat, titik batas harus ditentukan. Untuk sistem daya ultra-rendah pada umumnya, diperlukan kehati-hatian ekstra dengan komponen yang kinerjanya berubah dengan tegangan. Layar LCD dan LED, misalnya, memiliki baterai yang dapat berkurang sejauh kontrasnya hilang atau LED mati. Untuk pengalaman pengguna terbaik, Anda harus memastikan bahwa voltase baterai yang Anda gunakan cukup untuk menjaganya tetap beroperasi.
Jika sistem memerlukan tegangan masukan (ketika titik batas tercapai sementara baterai masih memiliki sisa kapasitas yang dapat digunakan – misalnya jika sistem nominal 3V terputus pada 2.5V), maka regulator penambah mungkin diperlukan. Namun ada kompromi yang perlu dipertimbangkan dalam melakukan hal ini:
· Tegangan apa yang harus disetel pada regulator?
· Berapa efisiensi regulator dan bagaimana perbedaannya dengan tegangan masukan?
· Apa yang terjadi jika tegangan input lebih tinggi dari tegangan yang disetel, misalnya saat baterai baru dipasang?
· Apakah daya yang terbuang oleh regulator karena inefisiensi membatalkan peningkatan kapasitas?
· Dapatkah konverter boost menggunakan kapasitas baterai sepenuhnya dengan mengalirkannya ke tegangan di bawah yang dapat mematikan sistem?
Desain Perangkat Keras
Minimalkan pull-up dan tip desain lainnya
Desain sistem radio Nirkabel Daya Rendah memerlukan perhatian terhadap detail yang mudah diabaikan di perangkat yang konsumsi dayanya tidak penting.
Dengan sistem bertenaga listrik normal, Anda tidak perlu khawatir tentang elemen seperti kebocoran arus melalui resistor pull up. Dalam sistem daya rendah, konsumsi daya itu bisa menjadi masalah. Di situlah beberapa kompromi masuk:
Setel antena
Bahkan jika jangkauan penting dalam desain, ingatlah untuk menyetel antena. Dengan demikian, para insinyur dapat meminimalkan daya transmisi yang dibutuhkan untuk mencapai kisaran yang diinginkan.
Responsif dan waktu bangun
Perangkat nirkabel berdaya rendah harus mencapai status 'berguna' dengan cepat. Waktu antara pengguna menyentuh layar dan sistem merespons adalah waktu saat lampu latar Anda menyala dan menarik daya, yang berpotensi memperlambat waktu respons. Biasanya ada satu atau lebih komponen yang didedikasikan untuk membangunkan prosesor utama dan hanya mematikan perangkat bukanlah metode yang berguna untuk menghemat daya baterai.
sinkronisasi
Banyak perangkat radio berdaya rendah berkomunikasi satu sama lain untuk menerima data atau instruksi. Agar hal ini terjadi, penerima harus aktif untuk menerima informasi. Kedua ujungnya harus disinkronkan dan tetap disinkronkan, tetapi kami menyarankan untuk meminimalkan penggunaan receiver yang diperlukan untuk ini.
Dalam sistem di mana dua perangkat bertenaga baterai berkomunikasi, keduanya akan memasuki mode daya rendah/tidur untuk menghemat masa pakai baterai. Jadi, data tidak dijamin untuk melewati atau diterima tanpa kerusakan, oleh karena itu berbagai protokol, seperti deteksi kesalahan dan pengakuan, telah dikembangkan untuk mengatasi hal ini.
Waspadalah terhadap penyimpangan suhu
Setiap perangkat aktif dalam sistem menggunakan semacam jam. Ini dapat hanyut dengan suhu, yang berarti penting untuk memperhatikan faktor lingkungan yang dapat menyebabkan perbedaan waktu antara perangkat aktif. Sangat penting bahwa penyimpangan diperhitungkan saat merancang sistem karena dapat menyebabkan peningkatan konsumsi daya baterai.
Minimalkan daya TX
Jangan meningkatkan daya keluaran yang tidak perlu melebihi apa yang dibutuhkan – jika tautan radio hanya harus mencapai sepuluh meter, daya keluaran 5dB tidak mungkin diperlukan.
Pulsa transmisi pendek
Saat pemancar menyala, radio berdaya rendah berada pada status daya maksimumnya. Oleh karena itu, masuk akal untuk meminimalkannya tepat waktu. Ini berarti mengurangi jumlah data yang dikirimkan.
Untuk meminimalkan penerima tepat waktu, fokusnya adalah pada jumlah data yang dikirim dan apa yang dikomunikasikan. Jika sistem harus hidup terus-menerus, waktu penerima dapat diminimalkan karena teknisi sudah mengetahui bahwa sistem hidup dan dapat melakukan transmisi kapan saja.
Pembaruan sistem radio
Ada dua cara untuk memperbarui sistem radio: Secara manual, yang melibatkan masuk ke setiap unit dan memperbarui, dan melalui udara (OTA), di mana radio itu sendiri memperbarui kode di dalam unit. Pembaruan OTA umumnya jauh lebih efisien, namun ada kemungkinan besar terjadi kesalahan. Oleh karena itu, brankas yang gagal sangat penting dalam memastikan bahwa sistem akan terus bekerja.
Pengujian batch
Dengan perangkat berdaya rendah yang dioperasikan dengan baterai, Anda dapat beroperasi di bawah batas kinerja komponen. Dengan perangkat aktif seperti FET, di mana Anda mengandalkan penurunan tegangan rendah, akan selalu ada perbedaan karakteristik perangkat yang dapat mempengaruhi kinerja.
Pengujian batch bermanfaat untuk memastikan variasi apa pun tidak akan membahayakan pengoperasian perangkat. Untuk menghindari kesulitan selama produksi massal, ada baiknya mensimulasikan beberapa aspek desain yang lebih sederhana menggunakan simulator SPICE, seperti suhu dan tegangan ekstrem.
Dan ingat – pengalaman dan harapan pengguna adalah pertimbangan penting. Seorang insinyur dapat merancang sistem daya rendah yang fantastis yang tidak memuaskan pengguna akhir karena mereka mungkin mengharapkannya untuk merespons jauh lebih cepat daripada yang sebenarnya. Di sinilah tindakan penyeimbangan benar-benar terjadi, tetapi dengan teknologi yang tersedia dan insinyur yang berpengalaman, kompromi dapat dilakukan.
(Foto oleh Mike Baumeister on Unsplash)
Ingin mengetahui lebih banyak dari para eksekutif dan pemimpin pemikiran di bidang ini? Cari tahu lebih lanjut tentang Dunia Kembar Digital acara, yang berlangsung pada 8-9 September 2021, yang akan mengeksplorasi peningkatan hasil bisnis secara lebih mendalam dan industri yang akan diuntungkan.
Sumber: https://iottechnews.com/news/2021/jun/17/ saving-power-in-low-power-wireless-radio-systems/
- 2021
- Akun
- aktif
- Semua
- antena
- artikel
- baterai
- baterai
- TERBAIK
- Milyar
- Bluetooth
- papan
- bisnis
- cambridge
- Kapasitas
- klien
- kode
- Koin
- Umum
- konsumsi
- terus
- terbaru
- data
- Mendesain
- perancang
- Deteksi
- pengembang
- Devices
- Kepala
- jarak
- Menjatuhkan
- efisiensi
- Elektronik
- berakhir
- insinyur
- Teknik
- Insinyur
- Lingkungan Hidup
- lingkungan
- Acara
- eksekutif
- FAST
- Angka
- Pertama
- cocok
- Fokus
- FPGA
- Umum
- Aksi
- High
- Seterpercayaapakah Olymp Trade? Kesimpulan
- HTTPS
- Termasuk
- Meningkatkan
- industri
- industri
- informasi
- wawasan
- idiot
- perangkat iot
- IT
- kunci
- besar
- memimpin
- Tingkat
- Terbatas
- LINK
- memuat
- Pabrikan
- Jaringan mesh
- jaringan
- Penawaran
- operasi
- Opsi
- urutan
- Lainnya
- Lainnya
- prestasi
- kekuasaan
- tekanan
- Produksi
- proyek
- radio
- jarak
- menurunkan
- tanggapan
- penghematan
- Layar
- rasa
- Seri
- set
- Pendek
- simulator
- Melambat
- kecil
- So
- Space
- kecepatan
- Pengeluaran
- Negara
- tinggal
- sukses
- mendukung
- Beralih
- sistem
- sistem
- Teknologi
- pengujian
- waktu
- perjalanan
- universitas
- Memperbarui
- Pembaruan
- panjang gelombang
- Apa itu
- Wi-fi
- nirkabel
- dalam
- Kerja
- bernilai