कम बिजली की खपत के युग में वायरलेस संचार मॉड्यूल की बिजली खपत को सही तरीके से कैसे मापें?: 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

इंटरनेट ऑफ थिंग्स में कम बिजली की खपत एक अत्यंत महत्वपूर्ण अवधारणा है। अधिकांश IoT नोड्स को बैटरी द्वारा संचालित करने की आवश्यकता होती है। केवल वायरलेस मॉड्यूल की बिजली खपत को सही ढंग से मापने के द्वारा ही हम सटीक अनुमान लगा सकते हैं कि 5 साल की बैटरी लाइफ के लिए कितनी बैटरी की आवश्यकता है। यह लेख आपके लिए विस्तृत माप विधियों की व्याख्या करेगा।

इंटरनेट ऑफ थिंग्स के कई अनुप्रयोगों में, टर्मिनल डिवाइस आमतौर पर बैटरी चालित होते हैं और उनमें सीमित उपलब्ध शक्ति होती है। बैटरी के स्व-निर्वहन के कारण, सबसे खराब स्थिति में बिजली का वास्तविक उपयोग नाममात्र की शक्ति का केवल 70% है। उदाहरण के लिए, आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली CR2032 बटन बैटरी, एक बैटरी की नाममात्र क्षमता 200mAh है, और वास्तव में केवल 140mAh का उपयोग किया जा सकता है।

चूंकि बैटरी की शक्ति इतनी सीमित है, इसलिए उत्पाद की बिजली की खपत को कम करना महत्वपूर्ण है! आइए बिजली की खपत को मापने के आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले तरीकों पर एक नज़र डालें। बिजली की खपत को मापने के इन तरीकों के स्पष्ट होने पर ही उत्पाद बिजली की खपत को अनुकूलित किया जा सकता है।

चरण 1: सबसे पहले, बिजली की खपत माप

वायरलेस मॉड्यूल की बिजली की खपत का परीक्षण मुख्य रूप से करंट को मापने के लिए होता है, और यहाँ दो अलग-अलग परीक्षणों में विभाजित किया गया है, जो कि वर्तमान और गतिशील प्रवाह के परीक्षण हैं। जब मॉड्यूल स्लीप या स्टैंडबाय अवस्था में होता है, क्योंकि करंट नहीं बदलता है, एक स्थिर मान रखें, हम इसे मौन करंट कहते हैं। इस समय, हम मापने के लिए एक पारंपरिक मल्टीमीटर का उपयोग कर सकते हैं, बस आवश्यक माप मान प्राप्त करने के लिए बिजली आपूर्ति पिन के साथ श्रृंखला में एक मल्टीमीटर को जोड़ने की आवश्यकता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

चरण 2:

मॉड्यूल के सामान्य ऑपरेटिंग मोड के उत्सर्जन करंट को मापते समय, सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए आवश्यक कम समय के कारण कुल करंट परिवर्तन की स्थिति में होता है। हम इसे गतिशील धारा कहते हैं। मल्टीमीटर का रिस्पॉन्स टाइम धीमा होता है, बदलते करंट को पकड़ना मुश्किल होता है, इसलिए आप मल्टीमीटर को मापने के लिए इस्तेमाल नहीं कर सकते। करंट को बदलने के लिए, आपको मापने के लिए आस्टसीलस्कप और करंट प्रोब का उपयोग करना होगा। माप परिणाम चित्र 2 में दिखाया गया है।

चरण 3: दूसरा, बैटरी जीवन गणना

वायरलेस मॉड्यूल में अक्सर ऑपरेशन के दो तरीके होते हैं, ऑपरेटिंग मोड और स्लीप मोड, जैसा कि नीचे चित्र 3 में दिखाया गया है।

चरण 4:

उपरोक्त डेटा हमारे LM400TU उत्पाद से आता है। उपरोक्त आंकड़े के अनुसार, दो ट्रांसमिशन पैकेट के बीच ट्रांसमिशन अंतराल 1000ms है, और औसत करंट की गणना की जाती है:

दूसरे शब्दों में, औसत धारा 1 सेकंड में लगभग 2.4mA है। यदि आप CR2032 बिजली की आपूर्ति का उपयोग करते हैं, तो आप आदर्श रूप से लगभग 83 घंटे, लगभग 3.5 दिन का उपयोग कर सकते हैं। क्या होगा अगर हम अपने काम के घंटों को एक घंटे तक बढ़ा दें? इसी तरह, उपरोक्त सूत्र द्वारा गणना की जा सकती है कि प्रति घंटे औसत वर्तमान केवल 1.67uA है। CR2032 बैटरी का एक ही खंड 119, 760 घंटे, लगभग 13 वर्षों तक काम करने के लिए उपकरणों का समर्थन कर सकता है! उपरोक्त दो उदाहरणों की तुलना से, पैकेट भेजने और सोने के समय को बढ़ाने के बीच के अंतराल को बढ़ाकर पूरी मशीन की बिजली की खपत को कम किया जा सकता है, ताकि डिवाइस अधिक समय तक काम कर सके। यही कारण है कि वायरलेस मीटर रीडिंग उद्योग में उत्पाद आमतौर पर लंबे समय तक उपयोग किए जाते हैं क्योंकि वे दिन में केवल एक बार डेटा भेजते हैं।

चरण 5: तीसरा, सामान्य बिजली की समस्याएं और कारण

उत्पाद की कम बिजली की खपत सुनिश्चित करने के लिए, पैकेट अंतराल समय को बढ़ाने के अलावा, उत्पाद की वर्तमान खपत में भी कमी आई है, यानी ऊपर वर्णित आईवर्क और आईस्लीप। सामान्य परिस्थितियों में, ये दो मान चिप डेटा शीट के अनुरूप होने चाहिए, लेकिन यदि उपयोगकर्ता का उपयोग ठीक से नहीं किया जाता है, तो समस्याएँ हो सकती हैं। जब हमने मॉड्यूल के उत्सर्जन प्रवाह का परीक्षण किया, तो हमने पाया कि एंटेना स्थापित करने से परीक्षण के परिणामों पर बहुत प्रभाव पड़ा। एंटीना से मापते समय, उत्पाद की धारा 120mA होती है, लेकिन यदि एंटीना खराब हो जाती है, तो परीक्षण धारा लगभग 150mA तक बढ़ जाती है। इस मामले में बिजली की खपत विसंगति मुख्य रूप से मॉड्यूल के आरएफ अंत के बेमेल के कारण होती है, जिससे आंतरिक पीए असामान्य रूप से काम करता है। इसलिए, हम अनुशंसा करते हैं कि वायरलेस मॉड्यूल का मूल्यांकन करते समय ग्राहक परीक्षण करें।

पिछली गणनाओं में, जब ट्रांसमिशन अंतराल लंबा और लंबा होता जा रहा है, काम कर रहे वर्तमान कर्तव्य चक्र छोटा और छोटा होता जा रहा है, और पूरी मशीन की बिजली खपत को प्रभावित करने वाला सबसे बड़ा कारक आईस्लीप है। ISleep जितना छोटा होगा, उत्पाद का जीवन उतना ही लंबा होगा। यह मान आम तौर पर चिप डेटा शीट के करीब होता है, लेकिन हम अक्सर ग्राहक प्रतिक्रिया परीक्षण में बड़ी मात्रा में स्लीप करंट का सामना करते हैं, क्यों?

यह समस्या अक्सर MCU के कॉन्फ़िगरेशन के कारण होती है। एक एमसीयू की औसत एमसीयू बिजली खपत एमए स्तर तक पहुंच सकती है। दूसरे शब्दों में, यदि आप गलती से किसी IO पोर्ट की स्थिति से चूक जाते हैं या बेमेल हो जाते हैं, तो यह पिछले कम-शक्ति वाले डिज़ाइन को नष्ट करने की संभावना है। आइए एक छोटे से प्रयोग को एक उदाहरण के रूप में लेते हैं यह देखने के लिए कि समस्या कितना प्रभावित करती है।

चरण 6:

चित्रा 4 और चित्रा 5 की परीक्षण प्रक्रिया में, परीक्षण वस्तु एक ही उत्पाद है, और वही कॉन्फ़िगरेशन मॉड्यूल स्लीप मोड है, जो स्पष्ट रूप से परीक्षण परिणामों के अंतर को देख सकता है। चित्रा 4 में, सभी आईओ इनपुट पुल-डाउन या पुल-अप के लिए कॉन्फ़िगर किए गए हैं, और परीक्षण किया गया वर्तमान केवल 4.9uA है। चित्र 5 में, केवल दो IO को फ्लोटिंग इनपुट के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है, और परीक्षा परिणाम 86.1uA है।

यदि ऑपरेटिंग करंट और चित्र 3 की अवधि को स्थिर रखा जाता है, तो ट्रांसमिशन अंतराल 1 घंटा है, जो अलग-अलग स्लीप करंट कैलकुलेशन लाता है। चित्र 4 के परिणामों के अनुसार, प्रति घंटे औसत धारा 5.57 uA है, और चित्र 5 के अनुसार, यह 86.77 uA है, जो लगभग 16 गुना है। 200mAh CR2032 बैटरी बिजली की आपूर्ति का उपयोग करते हुए, चित्र 4 के कॉन्फ़िगरेशन के अनुसार उत्पाद, लगभग 4 वर्षों तक सामान्य रूप से काम कर सकता है, और चित्र 5 कॉन्फ़िगरेशन के अनुसार, यह परिणाम केवल 3 महीने का है! जैसा कि उपरोक्त उदाहरणों से देखा जा सकता है, वायरलेस मॉड्यूल के उपयोग की अवधि को अधिकतम करने के लिए निम्नलिखित डिजाइन सिद्धांतों का पालन किया जाना चाहिए:

1. ग्राहकों की आवेदन आवश्यकताओं को पूरा करने की शर्त के तहत, जितना संभव हो सके पैकेट भेजने के अंतराल का विस्तार करें, और कार्य अवधि के दौरान कार्यशील प्रवाह को कम करें;

2. एमसीयू की आईओ स्थिति सही ढंग से कॉन्फ़िगर की जानी चाहिए। विभिन्न निर्माताओं के एमसीयू में अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन हो सकते हैं। विवरण के लिए आधिकारिक डेटा देखें।

LM400TU ZLG Zhiyuan Electronics द्वारा विकसित एक लो-पावर लोरा कोर मॉड्यूल है। मॉड्यूल सैन्य संचार प्रणाली से प्राप्त लोरा मॉड्यूलेशन तकनीक के साथ बनाया गया है। यह जटिल वातावरण में छोटे डेटा वॉल्यूम को पूरी तरह से हल करने के लिए अद्वितीय स्पेक्ट्रम चौड़ीकरण प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी को जोड़ती है। अल्ट्रा लॉन्ग डिस्टेंस कम्युनिकेशन की समस्या। लोरा नेटवर्क पारदर्शी ट्रांसमिशन मॉड्यूल स्व-आयोजन नेटवर्क पारदर्शी ट्रांसमिशन प्रोटोकॉल को एम्बेड करता है, उपयोगकर्ता के एक-बटन स्वयं-आयोजन नेटवर्क का समर्थन करता है, और एक समर्पित मीटर रीडिंग प्रोटोकॉल, सीएलएए प्रोटोकॉल और लोरावन प्रोटोकॉल प्रदान करता है। उपयोगकर्ता प्रोटोकॉल पर बहुत समय खर्च किए बिना सीधे एप्लिकेशन विकसित कर सकते हैं।