ทำให้แบตเตอรี่มีอายุการใช้งานนานในวงจรไมโครคอนโทรลเลอร์

ฉันหวังว่าจะใช้ ATtiny85V เป็นเวลานานสำหรับแบตเตอรี่ขนาดเล็กบางตัวอาจเป็นเซลล์แบบเหรียญ

ฉันมองเข้าไปในด้านซอฟต์แวร์และรหัสของฉันคือตัวจับเวลาจ้องจับผิดที่ขับเคลื่อนได้มีการปิดตัวแปลงสัญญาณอนาล็อกและดิจิตอลที่ไม่ได้ใช้ชิปกำลังทำงานที่ 1MHz ฯลฯ แน่นอนว่าทั้งยุ่งและใหม่ที่นี่ฉันไม่แน่ใจอย่างแน่นอน ปัจจุบันมันวาดเท่าไร แต่ฉันหวังว่าฉันจะลดขนาดมันลง

ทุกสองสามวินาทีที่มันตื่นขึ้นมาระดับแรงดันไฟฟ้าจะตรวจสอบ ADCs บันทึกลงใน RAM และกลับเข้าสู่โหมดสลีป หากตรวจพบว่ามีการเชื่อมต่อสายอนุกรมมันจะพ่นข้อมูลออก

อย่างไรก็ตามตอนนี้ฉันกำลังดูวงจรโดยรวมและสงสัยว่ามีสิ่งที่ฉันควรทำอย่างไรเพื่อให้วงจรเป็นแบตเตอรี่ที่เป็นมิตรมากขึ้น?

อะไรคือ dos พื้นฐานและ don'ts เมื่อมันมาถึงการออกแบบวงจร (ง่าย) ยาวนานที่หนึ่งองค์ประกอบ (ไมโครคอนโทรลเลอร์) มีซ้ำ แต่วาดปัจจุบันตัวแปร?

ตัวอย่างเช่น

• LED แสดงสถานะเป็นเรื่องใหญ่หรือไม่? แบตเตอรี่ใช้แล้วสว่างหรือไม่? ฉันควรจะใส่ตัวต้านทานขนาดใหญ่ลงไปเพื่อทำให้สลัวหรือว่าเพียงแค่ทำให้ตัวต้านทานใช้แบตเตอรี่หรือไม่
• ฉันควรใช้ตัวเก็บประจุบายพาส / ตัวแยกสัญญาณเพื่อดึงพลังงานออกจากแบตเตอรี่หรือตัวเก็บประจุจะสิ้นเปลืองพลังงานแบตเตอรี่หรือไม่
• ไมโครคอนโทรลเลอร์ต้องการเพียง 1.8V แต่ฉันไม่มีแบตเตอรี่ 1.8V ฉันควรใช้แบตเตอรี่ 1.x สองก้อนและส่งแรงดันไฟฟ้ามากเกินไปหรือไม่ ฉันสามารถยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่โดยใช้ "ไม่ใช้โวลต์ให้มาก" ได้หรือไม่? ฉันจะทำอย่างไร
• ต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมเพื่อตรวจสอบว่าพินสูงหรือต่ำ? เช่นเดียวกับเมื่อเปรียบเทียบกับ no-op หรือเลขคณิตมีการใช้พลังงานเพิ่มเติมมากมายในการตรวจสอบพิน I / O หนึ่งพินสำหรับสถานะของมันหรือไม่?

ฉันไม่รู้วิธีคำนวณ (และวิธีการวัด) กระแสไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้า แต่ก็ไม่แน่ใจว่าสิ่งใดที่เทียบเท่ากับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ การวัดที่สำคัญของอายุการใช้งานแบตเตอรี่ในคูลอมบ์คืออะไร?

ฉันมีความคิดที่คลุมเครือว่าแบตเตอรี่เต็มไปด้วยสิ่งที่ชอบ:

• ค่าใช้จ่ายเช่นเดียวกับในแอมป์ชั่วโมง
• พลังงานเช่นเดียวกับในวัตต์ชั่วโมง
• พลังงานเช่นเดียวกับวัตต์

แต่ฉันไม่ชัดเจนในสิ่งที่วงจรของฉัน "กิน" เมื่อมันทำงาน ฉันได้อ่านหนังสือเรียนวิชาฟิสิกส์ EE101 แต่ฉันไม่มีประสบการณ์ในห้องปฏิบัติการเลย กล่าวอีกนัยหนึ่งฉันได้อ่านเกี่ยวกับแบตเตอรี่เป็นจำนวนมาก แต่ฉันไม่แน่ใจจริงๆ

ตัวต้านทานใช้งานแบตเตอรี่ได้นานขึ้นหรือไม่? ตัวเก็บประจุทำหรือไม่? ทำไดโอด ฉันสงสัยว่าพวกเขาทั้งหมดทำ แต่ตัวเลขใดที่มีความสำคัญ ความต้านทาน? การกระจายพลังงาน? ปัจจุบัน? แรงดันไฟฟ้า?

มีวิธีลดแรงดันไฟฟ้าโดยไม่เปลืองแบตเตอรี่หรือไม่? มีวิธีลดแรงดันไฟฟ้าหรือไม่ขณะเพิ่มอายุการใช้งานแบตเตอรี่

เพียงรายการสุ่มถ้าคุณโพสต์แผนผังของคุณมันอาจจะง่ายกว่า:

เซลล์เหรียญลิเธียม 1.8V นั้นหาง่าย แต่อินเทอร์เฟซอนุกรมของคุณต้องการ 3.3v หรือไม่ หากคุณไม่ได้รับข้อมูลจะจัดการกับ 1.8V

กระแสรั่วไหลจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นดังนั้นต่ำกว่าปกติ พิจารณาจุดสีน้ำตาลสำหรับระบบเทียบกับคุณสมบัติของแบตเตอรี่ คุณสมบัติ 'ความตาย' ของแบตเตอรี่จะพิจารณาจากคุณสมบัติทางเคมีของแบตเตอรี่ที่คุณใช้ ตัวอย่างเช่นถ้า uC สีน้ำตาลของคุณออกมาที่ 1.7V คุณอาจต้องการใช้แบตเตอรี่แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเช่นเดียวกับแบตเตอรี่บางชนิดแรงดันไฟฟ้าขาออกจะลดลงอย่างช้าๆเมื่อแบตเตอรี่หมด คุณจะได้รับอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นจากแบตเตอรี่ 3.3 โวลต์เมื่อแบตเตอรี่เริ่มทำงานเอาต์พุตจะลดลงอย่างช้า ๆ และคุณสามารถใช้งานได้จนถึง 1.8V หากคุณใช้แบตเตอรี่ 1.8V คุณจะต้องปิดตัวลงอย่างรวดเร็วเมื่อแบตเตอรี่หมด ทั้งหมดนี้ถือว่าส่วนต่อประสานอนุกรมหรือส่วนประกอบอื่น ๆ ของคุณสามารถจัดการกับช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้าง (ฉันรู้ว่า AVR สามารถทำได้)

ไฟ LED ใช้พลังงานจำนวนมากนอกเสียจากคุณจะใช้หลอด LED ที่มีพลังงานต่ำมากและมีการควบคุมการจับกระแสในปัจจุบันมันอาจจะวาดกระแสได้มากกว่า AVR มาก หากมีการดีบั๊กอย่าเพิ่งเติมเพื่อการผลิตหรือเพียงแค่กระพริบตานาน ๆ หรือเพื่อลดเวลาให้ตรงเวลาและควบคุมการวาดปัจจุบันได้อย่างแน่นอน

ถ้าเป็นไปได้ให้เลือกสถานะขั้ว / ส่วนที่เหลือของอินเตอร์เฟสอนุกรมของคุณเพื่อดึงพลังงานให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ก็คือสถานะส่วนที่เหลือไม่ควรดึงกำลัง หากต้องการดึงอัพให้ใช้ตัวต้านทานที่ใหญ่ที่สุดที่เป็นไปได้เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ แต่ลดการใช้งานในปัจจุบันให้น้อยที่สุด หากความกังวลเกี่ยวกับพลังงานเป็นเรื่องใหญ่ให้ใช้รูปแบบสัญญาณที่ชอบบิตของที่ไม่ดึงดูดอำนาจ ตัวอย่างเช่นหากคุณมีการดึงขึ้นการใช้โปรโตคอลที่ส่งผลให้ 1 จำนวนมากในสัญญาณจะออกจากอินเตอร์เฟซแบบอนุกรมในสถานะที่ไม่ได้วาดพลังงานมากที่สุดของเวลา การปรับให้เหมาะสมนั้นคุ้มค่าถ้าคุณใช้ซีเรียลบัสเป็นจำนวนมาก หากใช้อย่างเบา ๆ เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าสถานะการพักของมันไม่ได้ดึงดูดพลัง

โดยทั่วไปการพูดคุณสามารถสันนิษฐานได้ว่าคำแนะนำทั้งหมด (การอ่าน GPIO ฯลฯ ) จำเป็นต้องใช้พลังงานเท่ากัน มันไม่เป็นความจริง แต่ความแตกต่างของกำลังไฟฟ้าน้อยที่สุด

การใช้พลังงานนั้นขึ้นอยู่กับจำนวน / ประเภทของอุปกรณ์ต่อพ่วงที่คุณเปิดเครื่องและระยะเวลาที่ไมโครใช้ไปกับการนอนหลับ ดังนั้น ADC ใช้พลังงานมากขึ้นการเขียน EEPROM จึงใช้พลังงานในปริมาณพอสมควร โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเขียน EEPROM นั้นมักจะทำใน 'กลุ่ม' ที่ค่อนข้างใหญ่ดังนั้นคุณควรรวบรวมข้อมูลให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ก่อนที่จะทำการเขียนไปยัง EEPROM (ถ้าคุณใช้งานด้วยซ้ำ) สำหรับ ADC ที่ไมโครรองรับการอ่าน ADC ในช่วงเวลา 2 สถานะของการนอนหลับเนื่องจากการแปลง ADC ใช้เวลาค่อนข้างนานนี่เป็นเวลาที่ดีในการนอนหลับ

คุณควรอ่านส่วนเกี่ยวกับการจัดการพลังงาน, สถานะสลีปและการใช้พลังงานให้น้อยที่สุดโดยใช้ในแผ่นข้อมูลของไมโครคอนโทรลเลอร์: linky page 35 on ทำให้ AVR อยู่ในสถานะ sleep ที่ลึกที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือคุณต้องพิจารณาเวลาเริ่มต้นและปิดเครื่อง มันไม่คุ้มค่าที่จะนอนเป็นเวลา 10 รอบหากตื่นขึ้นใช้เวลา 25 และอื่น ๆ

ตัวต้านทานใช้งานแบตเตอรี่ได้นานขึ้นหรือไม่? ตัวเก็บประจุทำหรือไม่? ทำไดโอด

พวกเขาทุกคนทำได้บ้าง ตัวต้านทานกระจายตัวมากที่สุดในการใช้งานส่วนใหญ่:

P = V * I

P = V ^ 2 / R หรือ P = I ^ 2 * R (โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน)

ไดโอดมีแรงดันไฟฟ้าตกค่อนข้างคงที่ดังนั้นการกระจายพลังงานจึงเชื่อมโยงกับกระแสที่ไหลผ่านไดโอด ตัวอย่างเช่นไดโอดที่มีแรงดันตกด้านหน้า 0.7V, P = 0.7 * I หากกระแสเคลื่อนไปข้างหน้าผ่านไดโอด นี่คือการทำให้เข้าใจได้ง่ายและคุณควรตรวจสอบโหมดการทำงานตามคุณสมบัติ IV ของไดโอด

ตัวเก็บประจุในทางทฤษฎีไม่ควรกระจายอำนาจใด ๆ แต่ในความเป็นจริงพวกเขามีความต้านทานแบบ จำกัด และกระแสรั่วไหลที่ไม่เป็นศูนย์ซึ่งหมายความว่าพวกเขาจะกระจายอำนาจบางอย่างโดยทั่วไปไม่ใช่สิ่งที่คุณควรกังวลกับแรงดันไฟฟ้าต่ำ ที่ถูกกล่าวว่าการเลือกตัวเก็บประจุที่มีกระแสไฟรั่วน้อยที่สุดและ ESR เป็นพลังงานที่ชนะ

เท่าที่ใช้พวกเขาเพื่อดึงแบตเตอรี่ออกมาอย่างราบรื่นสิ่งนี้ไม่ได้ช่วยเรื่องการใช้พลังงาน แต่อย่างใดสำหรับการกรอง เคมีของแบตเตอรีก็เข้ามาเล่นที่นี่นักเคมีบางคนจะมีความสุขมากขึ้นด้วยการเสมอกันบางอย่างดีขึ้นกับการดึงกระแสแหลมคม

Mark ให้คำตอบที่ยอดเยี่ยมที่สุดและให้คะแนนในหลาย ๆ ประเด็นที่ฉันจะทำ มีบางอย่างที่ฉันต้องการมีส่วนร่วมเช่นกัน

ใช้ออสซิลโลสโคปกับตัวต้านทานความต้านทานต่ำ - โอห์มในซีรีย์พร้อมกับการคืนสู่แบตเตอรี่ทั่วไปเพื่อทำการวัดกระแส การวาดปัจจุบันด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่ตรงไปตรงมาและตามกฎทั่วไปมิเตอร์นั้นช้าเกินไปที่จะทำให้คุณมีความคิดที่ดีว่าเกิดอะไรขึ้น "low-ohm" หมายถึงอะไรขึ้นอยู่กับการจับรางวัลในปัจจุบัน ตัวต้านทาน 1 โอห์มจะพัฒนา 100mV สำหรับทุก ๆ 100mA ที่วาดและนั่นอาจมากเกินไปสำหรับคุณ ฉันลองตัวต้านทาน 10 โอห์ม 1% หรือ 0.5% คุณจะเห็น 100mV สำหรับการจับกระแส 10mA ทุกครั้ง 18 โอห์มจะให้ 100mV ทุก ๆ 5.5mA หากคุณกำลังใช้พลังงานต่ำจริงๆคุณอาจหนีไปได้ด้วย 1k I = V / R: คุณจะเห็น 100mV สำหรับทุก ๆ 100uA ของการวาดปัจจุบัน ระวังให้ดี ถ้าคุณวาดกระแสไฟฟ้าให้มากพอคุณจะต้องตกหล่นมากเกินไปในส่วนแบ่งและการวัดของคุณจะถูกปิด ไม่ต้องพูดถึงวงจรที่อาจจะไม่ทำงาน :-)

เมื่อเชื่อมต่อขอบเขต 'ให้ลองใช้ความถี่การทำงานที่แตกต่างกันเล็กน้อยสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ คุณอาจประหลาดใจที่รู้ว่าคุณใช้พลังงานน้อยลงด้วยความเร็วสัญญาณนาฬิกาที่สูงขึ้นเพราะคุณใช้เวลาน้อยลง "ตื่น"

กำจัด pull-ups / downs มากที่สุด คุณไม่ควรมีผลลัพธ์ใด ๆ เนื่องจากคุณสามารถขับไปยังสถานะว่างในกรณีส่วนใหญ่ ข้อมูลควรเชื่อมโยงกับสิ่งที่สมเหตุสมผลโดยใช้ค่าที่สูงที่สุดเท่าที่จะทำได้

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณปิดการทำงานมากที่สุด เปลี่ยนพินที่ไม่ได้ใช้ไปเป็นเอาท์พุทแล้วขับเข้าสู่สถานะ (สูงหรือต่ำไม่สำคัญ) อย่าเปิดไฟ LED หากคุณสามารถปิดส่วนประกอบอื่น ๆ หรือหยุดนาฬิกาของพวกเขาทำมัน ตัวอย่างเช่นความทรงจำของ SPI Flash มักจะมีคำสั่ง 'power down' ซึ่งจะดึงพลังงานที่ต่ำไว้แล้วและขับมันให้ต่ำลง

คนอื่น ๆ ได้สัมผัสกับด้านแรงดันไฟฟ้าและฉันต้องการแสดงความคิดเห็นด้วยเช่นกัน คุณน่าจะใช้แบตเตอรี่ได้ดีกว่ามากถ้าคุณใช้ตัวควบคุมบั๊ก / บูสต์ประสิทธิภาพสูงระหว่างแบตเตอรี่และวงจรของคุณ ตัวควบคุมจะอยู่ในโหมดบั๊ก (ลดแรงดันไฟฟ้า) เมื่อระดับแบตเตอรี่สูงกว่า 1.8V ที่คุณต้องการและเปลี่ยนเป็นโหมดเพิ่มแรงดัน (เพิ่มแรงดันไฟฟ้า) เมื่อระดับแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่า 1.8V วิธีนี้จะช่วยให้คุณสามารถรันวงจรได้จนกว่าแบตเตอรี่จะหมดและตายไปอย่างแท้จริงซึ่งคุ้มค่ากับการสูญเสียประสิทธิภาพเล็กน้อยที่คุณจะได้รับเมื่อใช้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เลือกตัวควบคุมตามประสิทธิภาพในช่วงทั้งหมดที่คุณต้องการใช้และปรับขนาดตัวควบคุมอย่างเหมาะสม เครื่องควบคุมที่สามารถส่งมอบ 1A ที่ประสิทธิภาพ 98% น่าจะเป็นที่ 60% ประสิทธิภาพการส่งมอบ 50mA อ่านเอกสารข้อมูลอย่างละเอียด

กับวงจรของคุณฉันขอแนะนำให้ใช้มัลติมิเตอร์ในช่วงไมโครแคมเพื่อวัดปริมาณการใช้กระแสไฟ จากนั้นกำหนดคุณสมบัติของแบตเตอรี่คุณสามารถคำนวณอายุขัย ไม่จำเป็นต้องใช้แอมป์ชั่วโมง / กระแสไฟเนื่องจากแบตเตอรี่จะมีลักษณะการคายประจุที่แตกต่างกันสำหรับการโหลดที่แตกต่างกัน แต่มันอาจมีประโยชน์ในการประมาณ

ที่ 1 MHz ฉันคิดว่าคุณจะดูดพลังสักหน่อย - อย่างน้อย 100µA ถ้า PIC ไมโครสโคปเป็นอะไรที่ต้องเปรียบเทียบด้วย แต่สิ่งนี้จะถูกครอบงำโดย 5mA ถึง 20mA ผ่าน LED ของคุณดังนั้นคุณควรกำจัดสิ่งนั้นเสียก่อน

ทุกวันนี้มีชุดพัฒนาและบอร์ดฝ่าวงล้อมที่พร้อมใช้งานซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการตรวจวัดกระแสที่แม่นยำในบางกรณีจนถึงช่วง nA หากคุณยังไม่ได้ตรวจสอบµ กระแสทองคำแน่นอน นี่เป็นสิ่งที่ดีสำหรับการวัดแบบคงที่ แต่น้อยกว่าสำหรับการบันทึกการวัดเมื่อเวลาผ่านไป

วิธีหนึ่งที่คุณยังสามารถใช้ µCurrent คือเชื่อมต่อแอมป์ที่แตกต่างกับเอาต์พุต จากนั้นคุณสามารถป้อนข้อมูลนั้นไปยังออสซิลโลสโคปหรือเครื่องวิเคราะห์ตรรกะพร้อมอินพุตแบบอะนาล็อก ฉันเขียนแบบเต็มรูปแบบถั่วและ bolts สอนเกี่ยวกับมันฉันรู้สึกว่ามันอาจช่วยให้คนในงบประมาณที่ไม่ค่อยมีเครื่องมือที่เหมาะสม

มันยอดเยี่ยมมากที่คุณสามารถเรียนรู้ได้ไม่เพียง แต่จากแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นภายในวงจรของคุณเท่านั้น มันช่วยฉันได้สองสามครั้งเมื่อเลือกเทคโนโลยีแบตเตอรี่และการตรวจสอบความถูกต้อง 😎

คำตอบทั้งหมดมีจุดสำคัญอยู่แล้ว ฉันจะเพิ่มจากประสบการณ์ของฉัน

เมื่อฉันพัฒนาอุปกรณ์ที่มีการบริโภคน้อยกว่า 10uA แม้แต่น้อยกว่า 1uA ในโหมดสลีปลึกการทำความสะอาดกระดานสร้างความแตกต่าง เมื่อฉันมี 7 จาก 10 บอร์ดกับการบริโภคในปัจจุบันที่คาดไว้ ทุกอย่างเหมือนกันและทำงานได้ดี หลังจากทำความสะอาดด้วยเครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิกบอร์ดทั้งหมดก็ไปถึงผลลัพธ์ที่คาดหวัง

และสุดท้ายประเมินการบริโภคที่คาดหวัง / กำหนดเป้าหมายของคุณเพื่อตรวจสอบเอกสารข้อมูลองค์ประกอบทั้งหมดของคุณ หากคุณจัดการกับพวกเขาตกลงคุณจะถึงการประเมินของคุณ ซึ่งรวมถึงพินที่ไม่ได้ใช้ทั้งหมดในไมโครคอนโทรลเลอร์ แม้ว่าคุณจะปิด ADC ของคุณตรวจสอบให้แน่ใจว่าการกำหนดค่าพินในขณะที่ปิดดีที่สุดขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อภายนอกของคุณ