ปัจจัยใดที่ควรพิจารณาเมื่อเลือก MCU ไร้สายในตัวสำหรับอุปกรณ์ที่มีกำลังไฟต่ำ

แรงจูงใจสำหรับคำถามนี้มาจากความจริงที่ว่าบางเวลาที่ผ่านมาผมได้สร้างหลักฐานที่เรียบง่ายของแนวคิดอุปกรณ์ขอบ (PoC) IOT ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์และหน่วยประมวลผลเครือข่าย Wifi CC3100 ปัญหาอย่างหนึ่งของต้นแบบนี้คือการกำหนดค่าต้องใช้พลังงานจำนวนมาก ดังนั้นจึงไม่สามารถเอาชนะประโยชน์ของอุปกรณ์พลังงานต่ำที่มีอยู่ซึ่งสามารถใช้งานได้นานกว่า 2 ถึง 10 ปีขึ้นอยู่กับการเลือกใช้แบตเตอรี่และความถี่ในการใช้งาน

ผลิตภัณฑ์ปัจจุบันใช้แบตเตอรี่ 6V DC ที่มีความจุระหว่าง 1,400 mAh และ 2400 mAh อุปกรณ์มีองค์ประกอบการตรวจจับพลังงานต่ำและกลไกการกระตุ้น เพย์โหลดที่มีแนวโน้มมากที่สุดจะอยู่ที่ประมาณ 100 ไบต์ ความถี่ของการสื่อสารจะอยู่ที่ประมาณสองนาทีในระหว่างที่มีกิจกรรมสูงสุด ด้วยความก้าวหน้าใน IoT และความต้องการของตลาด PoC นี้ได้รับความสนใจ

ตามคำแนะนำของผู้ให้บริการแพลตฟอร์ม IOT น้อยฉันกำลังดูCC3200 ไร้สาย MCUจาก Texas Instrument เป็นหลักเพราะมันเป็นตัวตายตัวแทนของ CC3100 ที่ระดับระบบเมื่อไม่ได้ใช้งานไฟ CC3100 สามารถปิดได้อย่างสมบูรณ์ นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการใช้พลังงานต่ำในระดับระบบ เมื่อตรวจพบกิจกรรมองค์ประกอบการตรวจจับจะกระตุ้นไมโครคอนโทรลเลอร์ขึ้นโดยการขัดจังหวะ นอกจากนี้ยังมี MCU ไร้สายในตัวอื่น ๆ เช่นESP8266 , BCM43362 , ATWINC1500B , 88MC200และอีกมากมาย ฉันใช้คะแนน ULPBenchเพื่อทำการวิเคราะห์ลำดับแรกของไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้พลังงานต่ำตามด้วยการวิเคราะห์ตามที่อธิบายไว้ในวิธีการเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับแอพพลิเคชั่นที่ใช้พลังงานต่ำ เพื่อช่วยเลือกไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้พลังงานต่ำ ฉันได้ใช้พารามิเตอร์เช่นการจับกระแสในโหมดแอคทีฟต่อความถี่และการจับกระแสในปัจจุบันใช้โหมดพลังงานต่ำที่แตกต่างกันเพื่อทำการเลือกอย่างชาญฉลาด ดังนั้นเพื่อที่จะรักษาตัวเลือกพลังงานต่ำและเพื่อเพิ่มความสามารถของ IoT สิ่งที่เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ (อาจเกี่ยวข้องกับการสื่อสารไร้สาย) ที่ฉันควรใส่ใจเมื่อเลือก MCU ไร้สายในตัว?

อ้างอิง:

• SimpleLink ™ CC3100 / CC3200 Wi-Fi การจัดการพลังงานเครือข่ายระบบย่อยบนชิป
• วิธีเลือกโมดูล Wi-Fi ของคุณ

เนื่องจากข้อ จำกัด ที่สำคัญที่สุดของคุณคือการใช้พลังงานต่ำฉันคิดว่าคุณให้ความสนใจกับพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด 2 อย่าง: การดึงกระแสไฟฟ้าในโหมดแอคทีฟต่อความถี่และการจับกระแสในโหมดพลังงานต่ำที่แตกต่างกัน

ถือการสื่อสารเป็นค่าคงที่ (เช่นโปรโตคอลการสื่อสารเดียวกันและความถี่ EM) จากนั้นการเลือก MCU ที่ดีที่สุดเป็นเพียงเรื่องของการรวมพารามิเตอร์ทั้งสองอย่างถูกต้อง และนี่คือวิธีที่ฉันจะสร้างค่าตัวเลขเดียวที่ฉันสามารถเปรียบเทียบกับตัวเลือกทั้งหมด:

1. สร้างโพรไฟล์กิจกรรมที่คาดการณ์ไว้สำหรับอุปกรณ์ (สื่อสารบ่อยแค่ไหนและนานเท่าไหร่) ในช่วงเวลาหนึ่ง - พูดตลอดสัปดาห์
2. คำนวณการจับฉลากปัจจุบันที่ความถี่ EM ที่ใช้สำหรับช่วงเวลาที่เลือกเมื่อการสื่อสารใช้งาน - เช่น 10 uA เสมอ (ความถี่ 900 MHz) สำหรับระยะเวลา 2 วินาทีที่กิจกรรม 1000 เท่าในหนึ่งสัปดาห์จะหมายถึง 20,000 uA-s / สัปดาห์.
3. คำนวณการดึงปัจจุบันสำหรับเวลาในช่วงเวลาที่เลือกเมื่ออุปกรณ์อยู่ในโหมดพลังงานต่ำเริ่มต้น - เช่น 10 nA เสมอที่ [7 วัน x 24 ชั่วโมง x 60 นาที x 60 วินาที - กิจกรรม 1,000 x 2 วินาที] หมายถึง 6,028 uA - วินาที / สัปดาห์
4. การเพิ่ม 2 ให้ผลตอบแทน 26,028 uA-s / สัปดาห์ปัจจุบันดึงสำหรับ MCU สมมุตินี้
5. การจับคู่ปัจจุบันที่คำนวณรายสัปดาห์นี้สามารถเปรียบเทียบได้กับ MCU ทั้งหมด

ฉันรู้ว่านี่เป็นวิธีที่ง่ายมากในการดูกิจกรรม MCU - เช่นเพิ่งพิจารณา 2 สถานะ: ไม่ได้ใช้งานและกำลังสื่อสาร ... แต่ฉันเชื่อว่ารัฐอื่น ๆ จะมีสัดส่วนและเล็กน้อยที่สนับสนุนหนึ่งใน 2 เหล่านี้ตัวอย่างเช่นพลังงานหมดแล้ว สำหรับการคำนวณ (วงจรการเรียนการสอน) สามารถรวมเข้ากับสถานะการสื่อสารและเป็นไปได้มากที่สุดที่จะมีส่วนร่วมน้อยมากในแง่ของพลังงานเมื่อเทียบกับระบบย่อยการสื่อสาร ประเด็นก็คือว่าการดูสถานะทั้งสองนี้เพียงพอสำหรับกระบวนการคัดเลือก

ไม่มีกระสุนวิเศษดังนั้นฉันคิดว่าคำแนะนำจะชัดเจนอย่างเจ็บปวด เริ่มบิ่นไปที่ผู้ใช้ไฟฟ้ารายใหญ่ที่สุดก่อน

คุณกำลังปิดชิปและวงจรทั้งหมดอย่างแท้จริงเมื่อไม่ได้ใช้งานหรือไม่ ฉันรู้ว่าบอร์ดอดิเรกและโล่บางอย่างไม่ปิดการทำงานทุกอย่างที่คุณคาดหวัง

ถ้าเป็นแอคชูเอเตอร์คุณสามารถใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนที่มีน้ำหนักเบาหรือลดแรงเสียดทานในรถไฟขับเคลื่อนได้หรือไม่? ภาพใหญ่ขึ้นคุณสามารถสร้างแรงผลักดันให้โหลดมวลน้อยลงหรือสร้างสมดุลให้ดีขึ้นได้ไหม

ถ้าเป็นการสื่อสารให้เริ่มจากการดูความถี่ของการสื่อสาร ปัจจัยใดผลักดันการตัดสินใจ "สองนาที" ที่มีอยู่เดิม คุณสามารถเสียสละเพื่อสื่อสารได้น้อยลงหรือไม่? คุณสามารถเปลี่ยนเป็นรุ่น pub-sub และตอบสนองด้วยไบต์ที่น้อยลงเมื่อเงื่อนไขอนุญาตหรือไม่

ประเมินโปรโตคอลอีกครั้ง ทุกไบต์ที่คุณโกนจะช่วยประหยัด 1% ของงบประมาณพลังงาน RF ปัจจุบันของคุณ กำลังส่งค่าบูลีนใด ๆ ใช้ค่าสถานะบิตไม่ใช่ ASCII 'Y' หรือ 'N' ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณใช้คอนเทนเนอร์ที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ - อย่าส่งจำนวนเต็ม 16 บิตหากจำนวนนั้นมีช่วงที่อนุญาตเพียง 0-99 เท่านั้น โปรโตคอลที่ใช้แบตเตอรีส่วนใหญ่พยายามที่จะบีบลงให้มากที่สุด; เช่นหากคุณรายงานเกี่ยวกับอาร์เรย์ 5x5 องค์ประกอบที่อยู่จะต้องเป็นฟิลด์ 5 บิตไม่ใช่ไบต์ 8 บิต การใช้ CPU รอบสำหรับตรรกะที่เกี่ยวข้องกับการบีบอัดส่งผลให้พลังงานโดยรวมต่ำลงกว่าการส่งบิตที่ไม่ต้องการ

หากการดึงพลังครั้งใหญ่เป็นซีพียู (น่าสงสัย แต่ก็เป็นไปได้) คุณสามารถใช้เทคนิคต่าง ๆ เช่นตารางการค้นหาที่คำนวณล่วงหน้าหรือแม้แต่ลดภาระงานบางอย่างให้กับบริการระยะไกลได้หรือไม่?

ไม่มีชุดพารามิเตอร์ที่ชัดเจนเพียงชุดเดียวซึ่งคุณสามารถใช้เพื่อเลือกอุปกรณ์แบบรวมเช่นนี้ได้ แต่ฉันคิดว่าเป็นการประมาณครั้งแรกอุปกรณ์ที่ออกแบบใหม่อาจจะดีกว่าบางอย่างเมื่อสองสามปีก่อน แม้ว่าแนวคิดจะไม่ใช่เรื่องใหม่ระดับการรวมกลุ่มนี้และเป้าหมายด้านพลังงานที่ก้าวร้าวทำให้ตลาดนี้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

ใส่ใจกับสถานะพลังงานที่มีให้ดูจากมุมมองของระบบทั้งหมดของคุณ (หน่วยงานกำกับดูแล, oscilators, การปรับสภาพสัญญาณเซ็นเซอร์) เป็นไปได้ (ไม่น่าเป็นไปได้) ที่สถานะแอคทีฟ 2 นาทีของคุณจะได้รับประโยชน์จากการนอนหลับลึกน้อยกว่าสถานะการทำงานปกติ

สถานะที่มีประโยชน์พลังงานต่ำที่สุดควรคำนึงถึงการใช้พลังงานเป็นส่วนใหญ่ วิธีการที่กะทะสำหรับคุณขึ้นอยู่กับสิ่งต่าง ๆ เช่นถ้าคุณสามารถทำงานได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำ ฯลฯ

สำหรับสถานะที่ใช้งานอยู่ให้พิจารณา RAM ส่วนใหญ่ของคุณหรือคำนวณการใช้งานอย่างเข้มข้นและทำการเบนช์มาร์กโดยใช้ชิ้นส่วนที่เทียบเท่ากับชั้นวางที่ใกล้เคียงที่สุดที่คุณสามารถหาได้ (ขึ้นอยู่กับ CPU ความเร็วและสถาปัตยกรรมหน่วยความจำ) ในแอปพลิเคชันของคุณดูเหมือนว่าการเตรียมบรรจุและการเข้ารหัสอาจไม่สำคัญนัก แต่โดยทั่วไปแล้วนี่ไม่ใช่ข้อสันนิษฐานที่ชัดเจน สถานะการเก็บรักษาอาจอนุญาตให้มีการรวมเซ็นเซอร์โดยไม่ต้องมีการบันทึก / เรียกคืนสถานะ

จับคู่ความเร็วนาฬิกาและสถาปัตยกรรมให้ตรงกับความต้องการของแอปพลิเคชันของคุณ ในโหมดสลีปคุณประหยัดพลังงานการรั่วไหล ความเร็วสัญญาณนาฬิกาเป้าหมายที่ต่ำลงสำหรับอุปกรณ์อาจหมายถึงต้องอยู่ในสถานะแอ็คทีฟนานขึ้น แต่ยังส่งผลให้การออกแบบมีประสิทธิภาพการรั่วไหลที่ดีขึ้น (เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้าปฏิบัติการที่ต่ำกว่า)

คุณจะไม่ทราบว่าการออกแบบที่ดีที่สุดแน่นอนจนกว่าคุณจะทำซ้ำมากกว่าหนึ่งการออกแบบ - มีพารามิเตอร์มากเกินไป (และในเวลานี้ผลิตภัณฑ์ของคุณจะเริ่มเก่าแล้ว) ดังนั้นในระดับที่สูงขึ้นของการออกแบบยังคงอยู่ สำคัญ. หากคุณสามารถปรับสถาปัตยกรรมของคุณให้เหมาะสมเพื่อลดเหตุการณ์ปลุก 5% สิ่งนี้ควรสังเกตได้ในแบตเตอรี่