چگونه مصرف برق را در دستگاه‌های BLE با باتری{0} کاهش دهیم؟

مقدمه: نبرد "میلی آمپ{0}}ساعت".

در دنیای اینترنت اشیا،عمر باتری پادشاه است. چه در حال ساخت یک قفل هوشمند باشید که باید 2 سال روی سلول سکه دوام بیاورد، یا یک حسگر صنعتی که در مکان‌های دور کار شده است، هر میلی آمپر{2}}ساعت (mAh) مهم است.

در حالی که بلوتوث کم انرژی (BLE) برای کارایی طراحی شده است، انتخاب های ضعیف طراحی می تواند باتری را به جای چند سال در چند هفته تخلیه کند. با ورودبلوتوث 5.4 و استانداردهای 6.0 آینده، ابزارهای جدیدی برای کاهش عملکرد بیشتر در دسترس هستند.

اینجا هستند7 استراتژی برتر اثبات شدهبرای به حداقل رساندن مصرف انرژی در دستگاه‌های BLE خود، ترکیبی از انتخاب سخت‌افزار، بهینه‌سازی میان‌افزار، و ترفندهای{0}}سطح پروتکل.

1. ماژول مناسب را انتخاب کنید: جریان خواب همه چیز است

پایه قدرت کم با سخت افزار شما شروع می شود. هنگام مقایسه ماژول های بلوتوث، فقط به قدرت انتقال (Tx) نگاه نکنید. بهجریان خواب عمیق.

متریک:یک ماژول BLE{0}}با کیفیت بالا باید دارای جریان خواب عمیق باشد< 1.5 µA(میکرو آمپر). برخی از SoC های پیشرفته حتی به زیر می آیند0.8 µA.

ریاضی:اگر دستگاه شما 99 درصد از زمان‌ها را می‌خوابد، اختلاف 2 µA در مقابل{2}} µA در جریان خواب می‌تواند به معنای تفاوت بین3 سالهو الف1 سالهعمر باتری

نکته قابل اجرا:یک ماژول با یک ماژول اختصاصی انتخاب کنیدواحد مدیریت برق (PMU)و پشتیبانی از حالت های خواب متعدد (به عنوان مثال، خواب عمیق در مقابل سیستم خاموش). اطمینان حاصل کنید که اجزای خارجی (مانند تنظیم‌کننده‌ها یا حسگرهای LDO) دارای جریان‌های نشتی فوق‌العاده-کم هستند.

چرا ماژول های Pre{0}Certified راهنما:ماژول‌های ما در سطح طرح‌بندی PCB بهینه‌سازی شده‌اند تا نشت را به حداقل برسانند، چیزی که رسیدن به آن با طراحی‌های تراشه‌های مجزا دشوار است.

2. بهینه سازی فواصل تبلیغات: "نقطه شیرین"

تبلیغات برای دستگاه‌های جانبی قبل از اتصال،{0}}قدرت‌ترین حالت است. پخش بیش از حد مکرر انرژی را هدر می دهد. پخش خیلی به ندرت پیدا کردن دستگاه را سخت می کند.

استراتژی:استفاده کنیدتبلیغات تطبیقی.

جفت شدن اولیه:از یک فاصله زمانی کوتاه (مثلاً 20-30 میلی ثانیه) برای کشف سریع زمانی که کاربر به طور فعال نگاه می کند، استفاده کنید.

حالت بیکار:پس از جفت شدن یا اگر دستگاه مرکزی یافت نشد، فاصله زمانی را به شدت افزایش دهید (مثلاً 1000 ms - 5000 ms).

مزیت بلوتوث 5.x:استفاده کنیدتبلیغات گسترده. این به شما امکان می‌دهد تا داده‌های بیشتری را در بسته‌های کمتری ارسال کنید یا بسته‌ها را در فواصل طولانی‌تر بدون از دست دادن اتصال پخش کنید، که به طور قابل توجهی چرخه وظیفه را کاهش می‌دهد.

3. پارامترهای اصلی اتصال: تأخیر دوست شماست

پس از اتصال، مذاکره پارامترهای اتصال تعیین می کند که هر چند وقت یکبار رادیو بیدار می شود.

فاصله اتصال:این زمان بین دو رویداد اتصال متوالی است.

سرعت بالا:7.5 میلی‌ثانیه - 15 میلی‌ثانیه (مناسب برای به‌روزرسانی‌های OTA یا صدا، بد برای باتری).

توان کم:100 ms - 2000 ms (ایده‌آل برای داده‌های حسگر).

Slave Latency:این ویژگی کشنده برای عمر باتری است. این اجازه می دهد تا دستگاه جانبی (دستگاه شما) بهجست و خیز کردنتعداد معینی از رویدادهای اتصال اگر داده ای برای ارسال نداشته باشد.

مثال:با فاصله زمانی 100 میلی‌ثانیه و تاخیر Slave 9، دستگاه فقط باید هر بار بیدار شود.1 ثانیه(10 رویداد) در صورت عدم وجود داده، 90٪ از برق اتصال صرفه جویی می شود.

مهلت زمانی نظارت:این را به اندازه کافی بالا تنظیم کنید تا از قطع شدن تصادفی به دلیل رویدادهای نادیده گرفته شده جلوگیری کنید، اما نه آنقدر زیاد که دستگاه گم شده باتری را در تلاش برای اتصال مجدد به طور نامحدود تخلیه کند.

4. استفاده از بلوتوث 5.4 ویژگی ها: PAwR و پخش رمزگذاری شده

اگر برنامه شما شامل یک-به- ارتباطات متعدد (مانند برچسب قفسه الکترونیکی یا روشنایی هوشمند) است،بلوتوث 5.4یک تغییر-بازی است.

PAwR (تبلیغات دوره ای با پاسخ):برخلاف اسکن سنتی که نیاز به اتصال دو طرفه (قدرت بالا) دارد، PAwR به دستگاه مرکزی اجازه می دهد تا با هزاران دستگاه جانبی به طور موثر ارتباط برقرار کند. دستگاه های جانبی فقط در زمان های دقیق برای گوش دادن یا پاسخ دادن از خواب بیدار می شوند و زمان فعال رادیویی را به شدت کاهش می دهند.

داده های تبلیغات رمزگذاری شده:بدون ایجاد ارتباط، مقادیر کمی داده را مستقیماً در بسته تبلیغاتی ارسال کنید. این کار برای تله متری ساده، سربار دست دادن اتصال را به طور کامل حذف می کند.

5. معماری سفت‌افزار: "خواب پرخاشگرانه"

ساختار کد شما نمایه قدرت شما را دیکته می کند. قانون طلایی این است:بیدار شوید، کار را انجام دهید و فوراً بخوابید.

رویداد-طراحی محور:از حلقه های تاخیر() یا سنسورهای نظرسنجی به طور مداوم اجتناب کنید. از وقفه های GPIO یا تایمرهای داخلی برای بیدار کردن MCU فقط در صورت لزوم استفاده کنید.

قرائت سنسور سریع:حسگرها را فقط میلی ثانیه قبل از خواندن روشن کنید و بلافاصله بعد از آن خاموش کنید. اتوبوس های I2C/SPI را بی جهت فعال نگذارید.

استفاده از DMA:از دسترسی مستقیم به حافظه (DMA) برای انتقال داده بین تجهیزات جانبی و حافظه استفاده کنید. این به هسته CPU اجازه می دهد تا در حالت Sleep در حین حرکت داده ها بماند.

6. بهینه سازی RF: کارایی آنتن و قدرت Tx

ارسال سیگنال انرژی می گیرد. ارسال آنبه طور موثرانرژی را ذخیره می کند.

تطبیق آنتن:یک آنتن ضعیف، توان را به تراشه منعکس می‌کند و برای رسیدن به همان محدوده، به توان Tx بالاتری نیاز دارد. مطمئن شوید که آنتن شما تنظیم شده است50 اهمبا حداقل VSWR

توان تطبیقی ​​Tx:همیشه با سرعت +10 dBm یا +20 dBm ارسال نکنید. یک منطق برای تشخیص قدرت سیگنال (RSSI) از دستگاه مرکزی و کاهش توان Tx به حداقل سطح مورد نیاز (به عنوان مثال، 0 dBm یا -5 dBm) برای برقراری ارتباط پایدار، اجرا کنید.

انتخاب PHY:استفاده کنیدکد LE PHY (S{0}} یا S=8)برای برنامه‌های-برد. حساسیت بهتری (تا 100-dBm) را فراهم می کند و به شما امکان می دهد با حفظ برد، در سطوح توان پایین تر ارسال کنید.

7. شیمی باتری و مانیتورینگ ولتاژ

گاهی اوقات مشکل پشته BLE نیست، بلکه خود منبع تغذیه است.

سلول مناسب را انتخاب کنید:برای دستگاه‌های بسیار{0}کم مصرف،لیتیوم تیونیل کلرید (Li-SOCl2)باتری‌ها کمترین-دشارژ و بالاترین ظرفیت را دارند، اگرچه قابلیت جریان پالس کمتری دارند.Li{0}}MnO2 (CR2032)استاندارد است اما رتبه‌بندی جریان پالس آن را در برابر پیک‌های Tx خود بررسی کنید.

پیشگیری از سوختگی:با کاهش ولتاژ باتری، راندمان تنظیم کننده ممکن است کاهش یابد. نظارت بر ولتاژ اولیه را برای کاهش فرکانس تبلیغات یا توان Tx به صورت پویا با اتمام باتری اجرا کنید، و "عمر مفید" را قبل از از بین رفتن کامل دستگاه افزایش دهید.

چک لیست خلاصه برای مهندسان

表格

چگونه ماژول های ما به شما کمک می کنند در نبرد باتری پیروز شوید

طراحی برای{0}}قدرت فوق العاده کم پیچیده است. این نیاز به هماهنگی کاملی از سیلیکون، چیدمان PCB و سیستم عامل دارد.