Как да удължим живота на батерията на преносими индустриални устройства?

Животът на батерията е критичен фактор при проектирането на преносими промишлени устройства, особено за приложения, изискващи продължителна работа без поддръжка, като например детектори за дим, оборудване за безопасност и термостати. За да се постигне това, дизайнерите трябва да се съсредоточат върху намаляване на средната консумация на енергия и оптимизиране на избора на хардуер. И така, как може значително да се удължи животът на батерията, като същевременно се запази производителността на устройството?

Стратегии за удължаване на живота на батерията
Минимизиране на консумацията на енергия в режим на готовност
В повечето преносими устройства процесорът остава неактивен през 99% от времето. Намаляването на консумацията на ток в режим на готовност е от решаващо значение. Устройствата могат да влязат в режим на пълно изключване или да изчакат външни прекъсвания, за да се събудят. Освен това дизайнерите могат да използват таймери за поддържане на операции с часовник в реално време, което допълнително намалява консумацията на енергия.

Изберете MCU с кратко време за събуждане
По време на събуждане преминаването от режим на бездействие към активен режим води до значително по-висока консумация на енергия. Изборът на MCU с бързи скорости на събуждане и изпълнение на кода свежда до минимум продължителността на това състояние с висока консумация на енергия. Например MSP430F20x1 на Texas Instruments се характеризира с време за събуждане с прекъсване под 200 наносекунди, което намалява енергийното натоварване на батерията.

Извършване на нулиране с ниска консумация на енергия (BOR)
Функцията за нулиране при прекъсване на захранването е от съществено значение за предпазване на устройствата, когато захранващото напрежение спадне под допустимите нива. Стандартните функции BOR обаче могат значително да увеличат консумацията на енергия. Изборът на MCU с ултранискоенергийни BOR, като серията TI MSP430 с "нулева" мощност на BOR, е ефективен начин за пестене на енергия.

Увеличаване на интеграцията на компонентите
Високоинтегрираните MCU намаляват нуждата от външни компоненти като A/D преобразуватели с висока резолюция, операционни усилватели и 12-битови D/A модули. Интегрираните периферни устройства комуникират чрез вътрешни регистри, като се избягва консумиращата енергия серийна комуникация. Освен това по-малкият брой външни компоненти намалява тока на утечка.

Често срещани грешки, които трябва да избягвате
Разчитане единствено на спецификациите в информационния лист
Спецификациите на първа страница могат да бъдат подвеждащи. Проектантите трябва да прегледат пълните листове с данни, за да оценят параметрите при най-лоши условия, като например екстремни стойности на работната температура и напрежението.

Предположение за сходство между доставчиците на MCU
Консумацията на енергия на MCU от различни доставчици може да се различава значително. Някои от тях може да не поддържат всички очаквани функции при определени условия, което води до неефективност.

Използване на сложни системи с много източници на енергия
Конструкциите с многобройни мощности могат да увеличат ненужната сложност, разходите и консумацията на енергия. Вместо това използването на един източник на захранване, например захранване 3 V, опростява дизайна и намалява консумацията на енергия.

Разчитане на анкети за мониторинг
Запитването е неефективно и увеличава натоварването на процесора и консумацията на енергия. Изборът на MCU с надеждна поддръжка на прекъсвания може да оптимизира наблюдението на периферията. Например някои MCU с ниска консумация на енергия поддържат множество 8-битови вектори на прекъсване, за разлика от тези с ограничена поддръжка на входно-изходни устройства.

Недостатъчно използване на хардуерните характеристики на MCU
Неправилното използване на възможностите на MCU води до загуба на ценна енергия от батерията. Някои задачи, като например A/D сканиране, могат да бъдат прехвърлени на периферните устройства, като същевременно процесорът остава в режим на изключване. Добрият MCU с ниска консумация на енергия позволява на периферните устройства да изпълняват самостоятелно автоматични задачи, като съхраняват данни в паметта без участието на CPU.

Следвайки тези стратегии и избягвайки често срещаните капани, дизайнерите могат да създават преносими устройства с оптимизиран живот на батерията и изключителна производителност.