คาดการณ์จำนวนอุปกรณ์ IoT ที่เชื่อมต่อถึง ก้าวสู่ 125 พันล้านภายในปี 2030. เชื่อได้ไม่ยาก เพราะการใช้จ่าย IoT ทั่วโลก ถึง 745 พันล้านดอลลาร์ในปี 2019. เมื่อเทียบกับฉากหลังนี้ นักออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อยู่ภายใต้แรงกดดันที่จะปรับการออกแบบให้เหมาะสมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านอายุการใช้งานแบตเตอรี่
ในบทความนี้ Dunstan Power ผู้อำนวยการฝ่ายการออกแบบ ByteSnap นำเสนอข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับข้อควรพิจารณาที่สำคัญสำหรับการออกแบบระบบวิทยุไร้สายที่ใช้พลังงานต่ำ
การกระทำที่สมดุล
การลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ในขณะที่พยายามบรรลุระดับการทำงานที่ต้องการนั้นถือเป็นหนึ่งในแง่มุมที่ท้าทายที่สุดของการออกแบบที่ใช้พลังงานต่ำ อุปกรณ์ไร้สายที่ใช้พลังงานต่ำที่ประสบความสำเร็จทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบันเป็นผลมาจากการปรับสมดุลที่ประสบความสำเร็จ ซึ่งนักพัฒนาได้ชั่งน้ำหนักลำดับความสำคัญของพวกเขาและทำการประนีประนอมที่ส่งผลให้อุปกรณ์ทำงานได้
การออกแบบซอฟต์แวร์
การเลือกระบบในช่วงเริ่มต้นของโครงการเป็นตัวกำหนดสิ่งที่สามารถทำได้ ขอแนะนำให้ออกแบบให้ใช้พลังงานต่ำตั้งแต่เริ่มแรก โดยคำนึงถึงประเภทวิทยุที่จะปรับใช้ก่อน ทางเลือกมีมากมายตั้งแต่วิทยุระยะสั้น เช่น ZigBee, Thread, Bluetooth และ Wi-Fi ไปจนถึงวิทยุพลังงานต่ำระยะยาว รวมถึง LoRa, SigFox และ Weightless และระบบวิทยุมือถือ
ความยาวคลื่นวิทยุบางช่วงแพร่กระจายได้ดีกว่าความยาวคลื่นอื่นมาก ซึ่งหมายความว่ามีประสิทธิภาพด้านพลังงานเพิ่มขึ้น ความถี่ต่ำมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายได้ดีกว่าความถี่ที่สูงกว่า แต่การประนีประนอมคืออัตราการส่งข้อมูลที่เป็นไปได้ลดลง ความถี่ที่สูงกว่ามักจะครอบคลุมระยะทางที่สั้นกว่า แต่มีแบนด์วิดท์สูงกว่าและความเร็วในการรับส่งข้อมูลที่เร็วขึ้น ยิ่งต้องเดินทางด้วยสัญญาณระยะทางนานเท่าใด ความเร็วโดยทั่วไปที่คุณใช้ก็จะช้าลงเท่านั้น
พิจารณาโทโพโลยีระบบวิทยุด้วย ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความเร็วของระบบเมื่อจัดการอย่างเหมาะสม โทโพโลยีแบบสตาร์เหมาะอย่างยิ่งเมื่ออุปกรณ์หลักไม่ได้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และสามารถจัดการโหลดเครือข่ายเพียงอย่างเดียวได้ หรือหากอุปกรณ์ทั้งหมดใช้พลังงานต่ำ เครือข่ายแบบเมชที่มีตัวทำซ้ำหลายตัวอาจเหมาะสมกว่า
การเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์มักจะตรงไปตรงมา และนักออกแบบมักจะมีครอบครัว/ผู้ผลิตที่พวกเขาคุ้นเคย โปรเซสเซอร์ขนาดเล็กส่วนใหญ่ในปัจจุบัน - PIC-, AVR-, ARM-based - มีโหมดพลังงานต่ำที่สามารถใช้เพื่อลดพลังงานที่ต้องการระหว่างการทำงาน พวกเขาพึ่งพาการขัดจังหวะเพื่อปลุกพวกเขาอีกครั้ง สิ่งเหล่านี้ยังมีระบบปลุกอย่างรวดเร็วเพื่อให้ตรงเวลาน้อยที่สุดและลดพลังงานที่ใช้
ช่วงของเครือข่ายไร้สายที่ใช้พลังงานต่ำหมายความว่าตัวเลือกแบตเตอรี่จะแตกต่างกันไปในแต่ละโครงการ อย่างไรก็ตาม เมื่อระบบวิทยุต้องการกระแสไฟระเบิดไม่บ่อยนัก หรือต้องชาร์จแบตเตอรี่ ตัวเลือกต่างๆ มักจะถูกจำกัดอย่างรวดเร็ว
เอกสารข้อมูลผู้ผลิตแบตเตอรี่สามารถช่วยได้ แต่ส่วนใหญ่จะแสดงเส้นกราฟการคายประจุของแบตเตอรี่โดยพิจารณาจากกระแสไฟที่ไหลคงที่ และโดยปกติแล้วจะใช้กระแสไฟที่สูงกว่าระบบพลังงานต่ำ ต้องใช้การแก้ไขบางอย่างเพื่อค้นหาว่าจะเกิดอะไรขึ้นในระบบพลังงานต่ำ
นอกจากนี้ ระบบวิทยุในลักษณะนี้มักจะใช้พลังงานน้อยที่สุดในขณะนอนหลับ และต้องใช้กระแสไฟฟ้าจำนวนมากเมื่อตื่นเพื่อรับและส่ง แบตเตอรี่บางชนิดไม่เหมาะกับสิ่งนี้
ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมยังส่งผลต่อการเลือกแบตเตอรี่และการใช้งาน สภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นจะลดแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่และอายุการใช้งานแบตเตอรี่โดยรวมของอุปกรณ์ที่มีประโยชน์ อุณหภูมิที่สูงอาจส่งผลเสียต่อแบตเตอรี่บางชนิดได้เช่นกัน
กระบวนการเลือกแบตเตอรี่จึงเป็นแบบวนซ้ำ ในการค้นหาผู้สมัครที่ดีที่สุด คุณควรทดลองผลิตภัณฑ์บางประเภทที่เหมาะสมกับข้อกำหนด ตารางนี้แสดงคุณลักษณะบางประการของแบตเตอรี่บางประเภททั่วไป:
ชนิดภาพเขียน | แรงดันไฟฟ้าของเซลล์ | ความหนาแน่นของพลังงาน | ช่วงอุณหภูมิการถ่ายเทโดยทั่วไป (°C) | สแตนด์บายตลอดอายุการใช้งาน | ชาร์จ? | แม็กซ์ปัจจุบัน |
หลี่ไอออน | 3.6 | จุดสูง | 0 - 50 | ต่ำ | ใช่ | จุดสูง |
เป็นด่าง | 1.5 | จุดสูง | -18 - 55 | จุดสูง | ไม่ | กลาง |
นิเมชั่น | 1.2 | ต่ำ | -20 - 65 | ต่ำ | ใช่ | จุดสูง |
หลี่เหรียญเซลล์ | 3 | ต่ำ | -30 - 60 | จุดสูง | ไม่ (ปกติ) | ต่ำ |
LiSoCl2 | 3 | จุดสูง | -80 - 125 | สูงมาก | ไม่ | จุดสูง |
เมื่อเลือกแบตเตอรี่แล้วจะต้องกำหนดจุดตัด สำหรับระบบที่ใช้พลังงานต่ำมากโดยทั่วไป ต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษกับส่วนประกอบที่ประสิทธิภาพเปลี่ยนแปลงตามแรงดันไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น จอ LCD และไฟ LED มีแบตเตอรี่ที่ลดลงจนความเปรียบต่างหายไปหรือไฟ LED ดับลง เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด คุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่คุณใช้งานนั้นเพียงพอสำหรับการทำงานเหล่านั้น
หากระบบต้องการแรงดันไฟฟ้าขาเข้า (เมื่อถึงจุดตัดขณะที่แบตเตอรี่ยังมีความจุเหลืออยู่ – เช่น หากระบบ 3V ปกติดับที่ 2.5V) ตัวควบคุมบูสต์อาจจำเป็น มีการประนีประนอมในการทำเช่นนี้แม้ว่า:
· เรกูเลเตอร์ควรตั้งเป็นแรงดันเท่าไหร่?
· เรกูเลเตอร์มีประสิทธิภาพอย่างไรและแปรผันตามแรงดันไฟฟ้าอินพุตอย่างไร?
· จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ตั้งไว้ เช่น เมื่อติดตั้งแบตเตอรี่ใหม่
· พลังงานที่สูญเสียไปโดยเร็กกูเลเตอร์อันเนื่องมาจากความไร้ประสิทธิภาพทำให้ความสามารถในการรับส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นหรือไม่?
· บูสต์คอนเวอร์เตอร์สามารถใช้ความจุของแบตเตอรี่ได้อย่างเต็มที่โดยทำให้แรงดันไฟต่ำกว่าที่ระบบจะปิดหรือไม่?
การออกแบบฮาร์ดแวร์
ลดขนาดพูลอัพและเคล็ดลับการออกแบบอื่นๆ
การออกแบบระบบวิทยุไร้สายพลังงานต่ำต้องการความใส่ใจในรายละเอียดที่ละเลยได้ง่ายในอุปกรณ์ที่การใช้พลังงานไม่สำคัญ
ด้วยระบบที่ใช้ไฟหลักปกติ คุณไม่ต้องกังวลกับองค์ประกอบต่างๆ เช่น กระแสไฟรั่วผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้น ในระบบพลังงานต่ำ การใช้พลังงานนั้นอาจกลายเป็นปัญหาได้ นั่นคือที่มาของการประนีประนอม:
ปรับเสาอากาศ
แม้ว่าช่วงจะมีความสำคัญในการออกแบบ แต่อย่าลืมปรับเสาอากาศ ในการทำเช่นนั้น วิศวกรสามารถลดกำลังส่งที่จำเป็นเพื่อให้ได้ช่วงที่ต้องการ
การตอบสนองและเวลาตื่น
อุปกรณ์ไร้สายที่ใช้พลังงานต่ำต้องอยู่ในสถานะ 'มีประโยชน์' อย่างรวดเร็ว เวลาระหว่างผู้ใช้ที่สัมผัสหน้าจอและระบบตอบสนองคือเวลาที่ไฟแบ็คไลท์ของคุณเปิดอยู่และดึงพลังงานออกมา ซึ่งอาจทำให้เวลาตอบสนองช้าลง โดยปกติแล้วจะมีส่วนประกอบอย่างน้อยหนึ่งอย่างที่ใช้สำหรับการปลุกโปรเซสเซอร์หลัก และการปิดอุปกรณ์นั้นไม่ถือเป็นวิธีที่มีประโยชน์ในการประหยัดพลังงานแบตเตอรี่
การประสาน
อุปกรณ์วิทยุกำลังต่ำจำนวนมากสื่อสารกันเพื่อรับข้อมูลหรือคำแนะนำ สำหรับสิ่งนี้ที่จะเกิดขึ้น มันเป็นสิ่งสำคัญที่ผู้รับจะต้องได้รับข้อมูล ปลายทั้งสองต้องซิงโครไนซ์และซิงโครไนซ์อยู่ แต่เราแนะนำให้ลดการใช้งานเครื่องรับที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้ให้น้อยที่สุด
ในระบบที่อุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่สองเครื่องกำลังสื่อสารกัน ทั้งสองเครื่องจะเข้าสู่โหมดพลังงานต่ำ/โหมดสลีปเพื่อรักษาอายุการใช้งานแบตเตอรี่ ดังนั้น ข้อมูลจึงไม่รับประกันว่าจะผ่านหรือได้รับโดยไม่เสียหาย โปรโตคอลต่างๆ เช่น การตรวจจับข้อผิดพลาดและการรับทราบ ได้รับการพัฒนาเพื่อต่อสู้กับสิ่งนี้
ระวังอุณหภูมิดริฟท์
อุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่แต่ละรายการในระบบใช้นาฬิกาบางประเภท สิ่งเหล่านี้สามารถลอยไปตามอุณหภูมิได้ ซึ่งหมายความว่าสิ่งสำคัญคือต้องสังเกตปัจจัยแวดล้อมที่อาจนำไปสู่ความแตกต่างของเวลาระหว่างอุปกรณ์ที่ใช้งาน การออกแบบระบบเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องคำนึงถึงความเบี่ยงเบน เนื่องจากอาจทำให้สิ้นเปลืองพลังงานแบตเตอรี่เพิ่มขึ้น
ลดกำลัง TX ให้น้อยที่สุด
อย่าเพิ่มกำลังขับเกินความจำเป็นโดยไม่จำเป็น หากสัญญาณวิทยุต้องขยายถึงสิบเมตรเท่านั้น ก็ไม่น่าจะต้องใช้กำลังเอาต์พุต 5dB
พัลส์ส่งสัญญาณสั้น
เมื่อเครื่องส่งเปิดอยู่ วิทยุกำลังต่ำจะอยู่ที่สถานะพลังงานสูงสุด ดังนั้นจึงเหมาะสมที่จะย่อให้ตรงเวลา ซึ่งหมายถึงการลดปริมาณข้อมูลที่ส่ง
เพื่อลดผู้รับให้ตรงเวลา ให้เน้นที่ปริมาณข้อมูลที่จะส่งและสิ่งที่กำลังสื่อสารด้วย หากระบบจำเป็นต้องเปิดอย่างต่อเนื่อง เวลาของเครื่องรับ n จะลดลงเนื่องจากวิศวกรรู้อยู่แล้วว่าระบบเปิดอยู่และสามารถส่งได้ตลอดเวลา
การอัปเดตระบบวิทยุ
มีสองวิธีในการอัปเดตระบบวิทยุ: ด้วยตนเอง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเข้าไปในแต่ละหน่วยและอัปเดต และผ่านทางอากาศ (OTA) ซึ่งวิทยุจะอัปเดตรหัสภายในเครื่องเอง โดยทั่วไปการอัปเดต OTA จะมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก อย่างไรก็ตาม มีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้น ตู้เซฟนิรภัยจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับรองว่าระบบจะทำงานต่อไป
การทดสอบแบบแบตช์
ด้วยอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำซึ่งใช้แบตเตอรี่ คุณสามารถใช้งานได้ภายใต้ขีดจำกัดของประสิทธิภาพของส่วนประกอบ ด้วยอุปกรณ์ที่ทำงานอยู่ เช่น FET ซึ่งคุณต้องพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าตกต่ำ จะมีความแตกต่างในคุณสมบัติของอุปกรณ์ซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน
การทดสอบเป็นชุดนั้นคุ้มค่าเพื่อให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงใดๆ จะไม่กระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์ เพื่อหลีกเลี่ยงความยุ่งยากระหว่างการผลิตจำนวนมาก การจำลองการออกแบบที่เรียบง่ายบางส่วนโดยใช้เครื่องจำลอง SPICE เช่น อุณหภูมิและแรงดันไฟฟ้าสุดขั้วนั้นคุ้มค่า
และจำไว้ว่า – ประสบการณ์ของผู้ใช้และความคาดหวังคือข้อพิจารณาที่สำคัญ วิศวกรสามารถออกแบบระบบพลังงานต่ำที่น่าอัศจรรย์ซึ่งไม่พึงพอใจกับผู้ใช้ปลายทาง เพราะพวกเขาอาจคาดหวังว่าระบบจะตอบสนองได้เร็วกว่าที่เป็นจริงมาก นี่คือจุดที่การทรงตัวเกิดขึ้นจริง แต่ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่และวิศวกรที่มีประสบการณ์ การประนีประนอมจึงเป็นไปได้
ภาพถ่ายโดย มิกะ Baumeister on Unsplash)
ต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมจากผู้บริหารและผู้นำทางความคิดในพื้นที่นี้หรือไม่ ค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ดิจิตอลทวินเวิลด์ ซึ่งจะจัดขึ้นในวันที่ 8-9 กันยายน พ.ศ. 2021 ซึ่งจะสำรวจการเพิ่มผลลัพธ์ทางธุรกิจในเชิงลึกและอุตสาหกรรมที่จะได้รับประโยชน์
ที่มา: https://iottechnews.com/news/2021/jun/17/saving-power-in-low-power-wireless-radio-systems/
- 2021
- ลงชื่อเข้าใช้
- คล่องแคล่ว
- ทั้งหมด
- เสาอากาศ
- บทความ
- แบตเตอรี่
- แบตเตอรี่
- ที่ดีที่สุด
- พันล้าน
- บลูทู ธ
- คณะกรรมการ
- ธุรกิจ
- เคมบริดจ์
- ความจุ
- ลูกค้า
- รหัส
- เหรียญ
- ร่วมกัน
- การบริโภค
- ต่อ
- ปัจจุบัน
- ข้อมูล
- ออกแบบ
- นักออกแบบ
- การตรวจพบ
- นักพัฒนา
- อุปกรณ์
- ผู้อำนวยการ
- ระยะทาง
- หล่น
- อย่างมีประสิทธิภาพ
- อิเล็กทรอนิกส์
- สิ้นสุด
- วิศวกร
- ชั้นเยี่ยม
- วิศวกร
- สิ่งแวดล้อม
- สิ่งแวดล้อม
- เหตุการณ์
- ผู้บริหารระดับสูง
- FAST
- รูป
- ชื่อจริง
- พอดี
- โฟกัส
- FPGA
- General
- เหตุการณ์ที่
- จุดสูง
- สรุป ความน่าเชื่อถือของ Olymp Trade?
- HTTPS
- รวมทั้ง
- เพิ่ม
- อุตสาหกรรม
- อุตสาหกรรม
- ข้อมูล
- ข้อมูลเชิงลึก
- IOT
- อุปกรณ์ iot
- IT
- คีย์
- ใหญ่
- นำ
- ชั้น
- ถูก จำกัด
- LINK
- โหลด
- ผู้ผลิต
- เครือข่ายตาข่าย
- เครือข่าย
- เสนอ
- การดำเนินงาน
- Options
- ใบสั่ง
- อื่นๆ
- ผลิตภัณฑ์อื่นๆ
- การปฏิบัติ
- อำนาจ
- ความดัน
- การผลิต
- โครงการ
- วิทยุ
- พิสัย
- ลด
- คำตอบ
- ประหยัด
- จอภาพ
- ความรู้สึก
- ชุด
- ชุด
- สั้น
- จำลอง
- การชะลอตัว
- เล็ก
- So
- ช่องว่าง
- ความเร็ว
- การใช้จ่าย
- สถานะ
- เข้าพัก
- ที่ประสบความสำเร็จ
- สนับสนุน
- สวิตซ์
- ระบบ
- ระบบ
- เทคโนโลยี
- การทดสอบ
- เวลา
- การเดินทาง
- มหาวิทยาลัย
- บันทึก
- การปรับปรุง
- ความยาวคลื่น
- ความหมายของ
- Wi-Fi
- ไร้สาย
- ภายใน
- งาน
- คุ้มค่า