Düşük güçlü kenar cihazı için entegre bir wifi MCU seçerken hangi faktörler dikkate alınmalıdır?

Bu sorunun motivasyonu, bir süre önce bir mikrodenetleyici ve bir CC3100 Wifi ağ işlemcisi kullanarak basit bir konsept kanıtı (PoC) IoT edge cihazı oluşturduğumdan geliyor . Bu prototiple ilgili sorunlardan biri, konfigürasyonun önemli miktarda güç gerektirmesiydi. Bu nedenle, pil seçimine ve kullanım sıklığına bağlı olarak 2 ila 10 yıldan fazla dayanabilen mevcut düşük güçlü cihazın faydalarının üstesinden gelememiştir.

Uygulamaya bağlı olarak, mevcut ürün 1400 mAh ile 2400 mAh arasında bir kapasiteye sahip 6V DC pil kullanır. Cihaz düşük bir güç algılama elemanına ve bir çalıştırma mekanizmasına sahiptir. Yük kapasitesi büyük olasılıkla yaklaşık 100 bayt olacaktır. Yoğunluk sırasında iletişim sıklığı yaklaşık her iki dakikada bir olacaktır. IoT ve pazar taleplerindeki ilerlemelerle birlikte, bu PoC biraz dikkat çekti.

Birkaç IOT platform sağlayıcısının önerisine göre , Texas Instrument'tan CC3200 kablosuz MCU'ya bakıyorum çünkü öncelikle CC3100'ün halefi. Kullanılmadığı zaman sistem seviyesinde CC3100 gücü tamamen kapatılabilir. Bu, sistem düzeyinde düşük güç için önemli bir avantajdır. Etkinlik tespit edildiğinde, algılama elemanı mikrodenetleyiciyi bir kesinti ile uyandırır. Diğer entegre wifi vardır MCU'lar gibi ESP8266 , BCM43362 , ATWINC1500B , 88MC200 ve daha bir çok. I kullanma ULPBench skorları anlatıldığı gibi analiz ve ardından düşük güç mikroişlemcisi bir birinci düzeni, analizi yapılacakDüşük güçlü bir uygulama için bir mikro kontrolör nasıl seçilir? düşük güçlü bir mikrodenetleyici seçmeye yardımcı olmak için. Bilgilendirilmiş bir seçim yapmak için aktif mod akım çekimi frekansı ve akım farklı düşük güç modları gibi parametreler kullandım. Düşük güç seçeneğini korumak ve IoT özelliğini eklemek için, entegre bir wifi MCU seçerken dikkat etmem gereken kritik parametreler (kablosuz iletişim ile ilgili olabilir) nelerdir?

Referanslar:

• SimpleLink ™ CC3100 / CC3200 Wi-Fi Çip Üzerinde İnternet Ağ Alt Sistemi Güç Yönetimi
• Wi-Fi Modülünüzü nasıl seçersiniz?

En önemli kısıtlamanız düşük güç tüketimine sahip olduğundan, en önemli 2 parametreye zaten dikkat ettiğinizi düşünüyorum: frekans başına aktif mod akım çekimi ve farklı düşük güç modlarında akım çekimi.

İletişimi sabit tutmak (yani aynı iletişim protokolü ve EM frekansı), ardından en iyi MCU'yu seçmek sadece bu iki parametreyi doğru bir şekilde toplamakla ilgilidir. Ve işte tüm seçenekler arasında karşılaştırabileceğim tek bir sayısal değer yaratacağım:

1. Belirli bir süre boyunca cihaz için (ne sıklıkta ve ne kadar süreyle iletişim kurduğu) tahmini bir aktivite profili oluşturun - bir hafta boyunca.
2. İletişimin aktif olduğu dönemler için kullanılan EM frekansında akım çekişini hesaplayın - yani bir haftada 1000 x etkinlikte 2 sn süreyle 10 uA çekiş (@ 900 MHz frekans) 20.000 uA-s / hafta.
3. Cihazın varsayılan düşük güç modunda olduğu süre için geçerli çekimi hesaplayın - yani [7 gün x 24 saat x 60 dakika x 60 s - 1000 x 2 s aktivite] 'de 10 nA çizim 6.028 uA anlamına gelir -s / hafta.
4. 2'nin eklenmesi, bu varsayımsal MCU için haftada 26.028 uA-s akım çekişi verir.
5. Bu hesaplanan haftalık akım çekimi tüm MCU'lar için karşılaştırılabilir.

Bunun MCU aktivitesini görüntülemenin çok basit bir yolu olduğunu biliyorum - yani sadece 2 durum olarak düşünülüyor: boşta ve iletişimde ... ancak diğer tüm eyaletlerin bunlardan birine orantılı ve küçük katkıları olacağına inanıyorum. Örneğin, tüketilen güç hesaplamalar için (talimat döngüleri) iletişim durumu ile birlikte paketlenebilir ve iletişim alt sistemine kıyasla güç açısından büyük olasılıkla çok küçük bir katkısı olacaktır. Mesele şu ki, bu 2 duruma bakmak seçim süreci için yeterlidir.

Sihirli mermi yok, bu yüzden tavsiyenin acı verici bir şekilde açık olacağını düşünüyorum. Önce en büyük güç tüketicilerinde parçalamaya başlayın.

Boşta kaldığında tüm yongaları ve devreleri gerçekten kapatıyor musunuz? Bazı hobi tahtalarının ve kalkanlarının beklediğiniz her şeyi tamamen kapatmadığını biliyorum.

Aktüatör ise, daha hafif bir motor kullanabilir veya aktarma organlarındaki sürtünmeyi azaltabilir misiniz? Daha büyük resim, daha az kütleye sahip olmak veya daha iyi dengelenmek için tahrik yükünü yeniden tasarlayabilir misiniz?

Eğer iletişim buysa, iletişim sıklığına bakarak başlayın. Mevcut "iki dakika" kararını hangi faktörler çekti? Daha az iletişim kurmak için fedakarlık yapabilir misiniz? Bir pub-sub modeline geçebilir ve koşullar izin verdiğinde daha az bayt ile yanıt verebilir misiniz?

Protokolü yeniden değerlendirin. Tıraş ettiğiniz her bayt, mevcut RF güç bütçenizin% 1'lik bir tasarrufunu temsil eder. Boole değerleri gönderiyor musunuz? ASCII 'Y' veya 'N' değil, bit bayrakları kullanın. Mümkün olan en küçük kap kullandığınızdan emin olun - sayının izin verilen aralığı yalnızca 0-99 ise 16 bit tam sayı iletmeyin. Çoğu pille çalışan protokol, mümkün olduğunca sıkıştırmaya çalışır; örneğin, 5x5'lik bir dizi öğe hakkında rapor veriyorsanız, adresin 8 bitlik bir bayt değil, yalnızca 5 bitlik bir alan olması gerekir. Sıkıştırma ile ilgili mantık için CPU döngülerinin kullanılması, gereksiz bitleri iletmekten çok daha düşük toplam güç çekimi ile sonuçlanır.

Büyük güç çekişi CPU ise (şüpheli, ancak mümkün) önceden hesaplanmış arama tabloları gibi hileler yapabilir, hatta işin bir kısmını uzak bir hizmete boşaltabilir misiniz?

Bunun gibi entegre bir cihaz seçmek için kullanabileceğiniz tek bir kesin parametre seti yoktur, ancak ilk yaklaşım olarak, yeni tasarlanmış cihazlar birkaç yıl öncesine göre önemli ölçüde daha iyi olabilir. Kavram yeni olmasa da, bu entegrasyon düzeyi ve agresif güç hedefleri bunu gelişen bir pazar haline getiriyor.

Tüm sisteminizin perspektifinden (regülatörler, osilatörler, sensör sinyal koşullandırma) bakıldığında, sunulan güç durumlarına dikkat edin. 2 dakikalık aktif durumunuzun normal çalışma durumundan daha az derin bir uykudan faydalanması olasıdır (olası değil).

Düşük güç kullanışlı devlet olmalıdır enerji tüketiminin çoğunluğundan sorumludur. Bunun sizin için tam olarak nasıl olduğu, bir regülatör, minimum çalışma voltajı vb.

Aktif durum için, en fazla RAM'inizi hesaplayın veya yoğun işlemlerinizi hesaplayın ve bulabileceğiniz en yakın eşdeğer hazır parçaları (CPU, hız ve bellek mimarisine göre) kullanarak kıyaslayın. Başvurunuzda, yük ve şifrelemeyi hazırlamak oldukça önemsiz gibi görünebilir, ancak genel olarak bu açık bir varsayım değildir. Tutma durumları, örneğin durum kaydetme / geri yükleme olmadan sensör entegrasyonuna izin verebilir.

Saat hızı ve mimariyi uygulamanızın taleplerine uygun hale getirin. Uyku durumunda, kaçak gücünden tasarruf edersiniz. Bir cihaz için düşük hedef saat hızları, daha uzun süre aktif durumda kalması gerektiği anlamına gelebilir, ancak aynı zamanda daha iyi kaçak performansı (ve belki de daha düşük çalışma voltajı) sağlayan bir tasarımla sonuçlanır.

Birden fazla tasarım tekrarlayana kadar mutlak en iyi tasarımı bilemezsiniz - sadece çok fazla parametre var (ve bu zamana kadar ürününüz eski olmaya başlayacak), bu nedenle tasarım akışının daha üst düzey yönleri hala devam ediyor önemli. Uyanma olaylarını% 5 azaltmak için mimarinizi optimize edebiliyorsanız, bu pil ömründe fark edilir olmalıdır.