Bağlı IoT cihazlarının sayısının şu şekilde olması bekleniyor: 125'a kadar 2030 milyara sıçramak. Küresel IoT harcamaları göz önüne alındığında buna inanmak zor değil 745'da 2019 milyar dolara ulaştı. Bu ortamda elektronik tasarımcıları, özellikle pil ömrü söz konusu olduğunda tasarımları optimize etme baskısı altındadır.
Bu makalede, ByteSnap Tasarım Direktörü Dunstan Power, düşük güçlü kablosuz radyo sistemleri tasarlamak için önemli hususlar hakkında fikir veriyor.
dengeleme eylemi
İstenen işlevsellik düzeyine ulaşmaya çalışırken bir cihazın güç tüketimini azaltmak, düşük güç tasarımının en zorlu yönlerinden biridir. Halihazırda mevcut olan her başarılı düşük güçlü kablosuz cihaz, geliştiricilerin önceliklerini tarttıkları ve işleyen bir cihazla sonuçlanan bir dizi uzlaşmaya vardıkları başarılı bir dengeleme eyleminin sonucudur.
Yazılım Tasarımı
Bir projenin başlangıcında yapılan sistem seçimleri, neyin başarılabileceğini belirler. Başlangıçtan itibaren düşük güç için tasarım yapılması önerilir; ilk dikkate alınacak radyo tipidir. Seçenekler ZigBee, Thread, Bluetooth ve Wi-Fi gibi kısa menzilli radyolardan LoRa, SigFox ve Weightless gibi uzun menzilli düşük güçlü radyolara ve hücresel radyo sistemlerine kadar çok geniştir.
Bazı radyo dalga boyları diğerlerinden çok daha iyi yayılır, bu da artan güç verimliliği anlamına gelir. Düşük frekanslar, yüksek frekanslardan daha iyi yayılma eğilimindedir, ancak uzlaşma, potansiyel veri hızının azalmasıdır. Daha yüksek frekanslar daha kısa mesafeleri kapsama eğilimindedir, ancak daha yüksek bant genişliğine ve daha hızlı iletim hızlarına sahiptir. Mesafe sinyallerinin kat etmesi gereken mesafe ne kadar uzun olursa, genel olarak kullanabileceğiniz hız o kadar yavaş olur.
Ayrıca radyo sistemi topolojisini de göz önünde bulundurun – bu, düzgün bir şekilde yönetildiğinde sistemin verimliliğini ve hızını artırabilir. Yıldız topolojileri, ana cihaz pille çalışmadığında ve ağ yükünü tek başına yönetebildiğinde idealdir. Alternatif olarak, tüm cihazların düşük güçte olduğu durumlarda, çoklu tekrarlayıcılı bir ağ ağı daha uygun olabilir.
Mikrodenetleyici seçimi genellikle basittir ve bir tasarımcının tipik olarak aşina olduğu bir ailesi/üreticisi olacaktır. Bugünlerde çoğu küçük işlemci – PIC-, AVR-, ARM tabanlı – çalışma sırasında gereken gücü azaltmak için kullanılabilecek düşük güç modlarına sahiptir. Onları tekrar uyandırmak için bir kesintiye güvenirler. Bunların birçoğunda ayrıca, zamanı minimumda tutmak ve böylece kullanılan gücü azaltmak için hızlı bir uyandırma sistemi bulunur.
Düşük güçlü kablosuz aralığı, pil seçiminin her projede değişiklik gösterdiği anlamına gelir. Bununla birlikte, radyo sistemi seyrek akım patlamaları gerektirdiğinde veya pilin yeniden şarj edilmesi gerektiğinde, seçenekler genellikle hızlı bir şekilde sınırlandırılır.
Pil üreticisi veri sayfaları yardımcı olabilir, ancak çoğu, sabit bir akım boşalmasına dayalı ve genellikle düşük güçlü bir sistemin kullanacağından daha yüksek bir akım çekişinde pil deşarj eğrilerini gösterecektir. Düşük güçlü bir sistemde ne olacağını anlamak için bir miktar enterpolasyon kullanılmalıdır.
Ayrıca, bunun gibi radyo sistemleri, uyurken minimum güç kullanma eğilimindedir ve daha sonra, almak ve iletmek için uyanıkken büyük akım darbeleri gerektirir. Bazı piller buna uygun değildir.
Çevresel faktörler de pil seçimini ve kullanımını etkiler. Soğuk bir ortam, pilin voltajını ve cihazın genel olarak faydalı pil ömrünü azaltır. Yüksek sıcaklıklar da bazı pilleri olumsuz etkileyebilir.
Pil seçim süreci sonuç olarak yinelemelidir. En iyi adayı bulmak için, spesifikasyonlara uyan birkaç türü denemeye değer. Bu tablo, bazı yaygın pil türlerinin birkaç özelliğini gösterir:
Tip | Hücre Voltajı | Enerji yoğunluğu | Tipik boşaltma sıcaklığı aralığı (°C) | Bekleme Ömrü | Şarj edilebilir mi? | Maksimum Akım |
Li iyon | 3.6 | Yüksek | 0 - 50 | Düşük | Evet | Yüksek |
Alkalik | 1.5 | Yüksek | -18 - 55 | Yüksek | Yok hayır | Orta |
NiMH | 1.2 | Düşük | -20 - 65 | Düşük | Evet | Yüksek |
Li Para Hücresi | 3 | Düşük | -30 - 60 | Yüksek | Hayır (genellikle) | Düşük |
LiSoCl2 | 3 | Yüksek | -80 - 125 | Çok Yüksek | Yok hayır | Yüksek |
Pil seçimi yapıldıktan sonra bir kesme noktası belirlenmelidir. Genel olarak ultra düşük güçlü sistemler için, performansı voltajla değişen bileşenlerde ekstra dikkat gerekir. Örneğin LCD ekranlar ve LED'ler, kontrastın kaybolduğu veya LED'lerin söndüğü kadar azalan pillere sahiptir. En iyi kullanıcı deneyimi için, aşağı indiğiniz akü voltajının bunları çalışır durumda tutmak için yeterli olduğundan emin olmalısınız.
Sistem bir giriş voltajı gerektiriyorsa (aküler hala kullanılabilir kapasiteye sahipken kesme noktasına ulaşıldığında - örneğin nominal 3V'luk bir sistem 2.5V'ta kesilirse), o zaman bir yükseltme regülatörü gerekli olabilir. Ancak bunu yaparken dikkate alınması gereken tavizler vardır:
· Regülatör hangi voltaja ayarlanmalıdır?
· Regülatörün verimliliği nedir ve giriş voltajına göre nasıl değişir?
· Giriş voltajı ayarlanan voltajdan yüksek olduğunda, yani yeni piller takıldığında ne olur?
· Verimsizlik nedeniyle regülatörün boşa harcadığı güç, kapasite kazanımlarını iptal eder mi?
· Takviye dönüştürücü, pilin kapasitesini, sistemin kapanacağı değerin altında bir voltaja kadar boşaltarak tamamen kullanabilir mi?
Donanım Tasarımı
Pull-up'ları ve diğer tasarım ipuçlarını en aza indirin
Düşük Güç Kablosuz telsiz sistemi tasarımı, güç tüketiminin önemsiz olduğu cihazlarda kolayca göz ardı edilen ayrıntılara dikkat etmeyi gerektirir.
Normal, şebekeden güç alan sistemlerde, çekme dirençlerinden akım kaçağı gibi unsurlar hakkında endişelenmenize gerek yoktur. Düşük güç sistemlerinde, bu güç tüketimi bir sorun haline gelebilir. İşte burada bazı tavizler devreye giriyor:
Anteni ayarlayın
Tasarımda menzil önemli olsa bile, anteni ayarlamayı unutmayın. Bunu yaparken mühendisler, istenen aralığı elde etmek için gereken iletim gücünü en aza indirebilir.
Tepki ve uyanma zamanı
Düşük güçlü bir kablosuz cihaz, hızla 'yararlı' bir duruma ulaşmalıdır. Kullanıcının ekrana dokunması ile sistemin yanıt vermesi arasındaki süre, arka ışığınızın açık olduğu ve gücü çektiği ve yanıt süresini potansiyel olarak yavaşlattığı zamandır. Genellikle ana işlemciyi uyandırmaya adanmış bir veya daha fazla bileşen vardır ve yalnızca cihazı kapatmak pil gücünden tasarruf etmek için kullanışlı bir yöntem değildir.
Senkronizasyon
Birçok düşük güçlü radyo cihazı, veri veya talimat almak için birbirleriyle iletişim kurar. Bunun gerçekleşmesi için, alıcının bilgiyi almaya açık olması esastır. Her iki uç da senkronize olmalı ve senkronize kalmalıdır, ancak bunun için gereken alıcı kullanımını en aza indirmenizi öneririz.
Pille çalışan iki cihazın iletişim kurduğu sistemlerde, pil ömrünü korumak için her ikisi de düşük güç/uyku moduna girer. Bu nedenle, verilerin bozulmadan geçmesi veya alınması garanti edilmez, bu nedenle, bununla mücadele etmek için hata tespiti ve onaylar gibi çeşitli protokoller geliştirilmiştir.
Sıcaklık kaymasına dikkat edin
Sistemdeki her aktif cihaz bir tür saatler kullanır. Bunlar sıcaklıkla sürüklenebilir, yani aktif cihazlar arasında zaman farklılıklarına yol açabilecek çevresel faktörleri not etmek önemlidir. Pil gücü tüketiminde artışa yol açabileceğinden, sistem tasarlanırken sapmanın dikkate alınması hayati önem taşır.
TX gücünü en aza indirin
Çıkış gücünü gereksiz yere ihtiyaç duyulanın üzerine çıkarmayın – radyo bağlantısının yalnızca on metreye ulaşması gerekiyorsa, 5 dB çıkış gücünün gerekli olması pek olası değildir.
Kısa iletim darbeleri
Verici açıkken, düşük güçlü bir radyo maksimum güç durumundadır. Bu nedenle, bunu zamanında en aza indirmek mantıklıdır. Bu, iletilen veri miktarını azaltmak anlamına gelir.
Alıcıyı zamanında en aza indirmek için, aktarılacak veri miktarına ve neyle iletişim kurulduğuna odaklanılır. Sistemin sürekli açık olması gerekiyorsa, mühendis sistemin açık olduğunu ve herhangi bir zamanda iletim yapabileceğini zaten bildiği için alıcının n süresi en aza indirilebilir.
Radyo sistemlerinin güncellenmesi
Bir telsiz sistemini güncellemenin iki yolu vardır: Her birime girmeyi ve güncellemeyi içeren manuel olarak ve telsizin birim içindeki kodu güncellediği kablosuz (OTA) üzerinden. OTA güncellemeleri genellikle çok daha verimlidir, ancak bir şeylerin yanlış gitme olasılığı artar. Bu nedenle, arıza kasaları, sistemin çalışmaya devam etmesini sağlamada hayati öneme sahiptir.
Parti testi
Pille çalışan düşük güçlü cihazlarla, bileşenin performans sınırının hemen altında çalışabilirsiniz. Düşük voltaj düşüşüne güvendiğiniz FET'ler gibi aktif cihazlarda, performansı etkileyebilecek cihaz özelliklerinde her zaman bir fark olacaktır.
Herhangi bir varyasyonun cihazın çalışmasını tehlikeye atmayacağından emin olmak için toplu test yapmaya değer. Seri üretim sırasında sıkıntılardan kaçınmak için, sıcaklık ve voltaj aşırılıkları gibi bir SPICE simülatörü kullanarak daha basit tasarım yönlerinden bazılarını simüle etmeye değer.
Ve unutmayın - kullanıcı deneyimi ve beklentileri hayati önem taşıyan hususlardır. Bir mühendis, son kullanıcıyı tatmin etmeyen fevkalade düşük güçte bir sistem tasarlayabilir, çünkü onun gerçekte olduğundan çok daha hızlı tepki vermesini bekliyor olabilirler. Dengeleme eyleminin gerçekten gerçekleştiği yer burasıdır, ancak mevcut teknolojiler ve deneyimli mühendislerle uzlaşmalar mümkündür.
(Fotoğrafı çeken Mike Baumeister on Unsplash)
Bu alandaki yöneticilerden ve düşünce liderlerinden daha fazlasını öğrenmek ister misiniz? hakkında bilinmesi gerekenler Dijital İkiz Dünya 8-9 Eylül 2021 tarihlerinde gerçekleşecek etkinlikte, artan iş sonuçları ve bundan faydalanacak sektörler daha derinlemesine incelenecek.
Kaynak: https://iottechnews.com/news/2021/jun/17/tained-power-in-low-power-wireless-radio-systems/
- 2021
- Hesap
- aktif
- Türkiye
- anten
- göre
- piller
- pil
- İYİ
- Milyar
- Bluetooth
- yazı tahtası
- iş
- Cambridge
- Kapasite
- istemciler
- kod
- Sikke
- ortak
- tüketim
- devam etmek
- akım
- veri
- Dizayn
- tasarımcı
- Bulma
- geliştiriciler
- Cihaz
- yönetmen
- mesafe
- Damla
- verim
- Elektronik
- uçları
- mühendis
- Mühendislik
- Mühendisler
- çevre
- çevre
- Etkinlikler
- Yöneticiler
- HIZLI
- şekil
- Ad
- uygun
- odak
- fpga
- genel
- Küresel
- Yüksek
- Ne kadar
- HTTPS
- Dahil olmak üzere
- Artırmak
- Endüstri
- sanayi
- bilgi
- anlayışlar
- IOT
- iot cihazları
- IT
- anahtar
- büyük
- öncülük etmek
- seviye
- Sınırlı
- LINK
- yük
- Üretici firma
- Mesh ağı
- ağ
- Teklifler
- işletme
- Opsiyonlar
- sipariş
- Diğer
- Diğer
- performans
- güç kelimesini seçerim
- basınç
- üretim
- proje
- radyo
- menzil
- azaltmak
- yanıt
- tasarruf
- Ekran
- duyu
- Dizi
- set
- kısa
- simülatör
- Yavaşlama
- küçük
- So
- uzay
- hız
- Harcama
- Eyalet
- kalmak
- başarılı
- destek
- anahtar
- sistem
- Sistemler
- Teknolojileri
- Test yapmak
- zaman
- seyahat
- üniversite
- Güncelleme
- Güncellemeler
- dalga boyları
- Nedir
- Wi-fi
- kablosuz
- içinde
- İş
- değer