Los consultores de diseño integrado de ByteSnap tienen en cuenta constantemente estas 11 consideraciones al desarrollar soluciones de IoT.
Los consultores de diseño integrado de ByteSnap tienen en cuenta constantemente estas 11 consideraciones al desarrollar soluciones de IoT.
El Internet de las cosas (IoT) es el “Sabor del mes” que involucra una multitud de dispositivos inalámbricos de bajo consumo conectados a Internet. Estos dispositivos deben diseñarse cuidadosamente para extender la vida útil de la batería, reducir el impacto ambiental y maximizar los márgenes para los fabricantes.
Aquí hay 11 cosas a considerar al reducir el consumo de energía de su sistema de radio:
#1 Selección de sistema
El tipo de radio que utilice depende de varios factores, principalmente la tasa de datos, el alcance y los costos operativos. Desde ZigBee de corto alcance, Thread, Bluetooth y Wi-Fi hasta radios de bajo consumo de largo alcance como LoRa y SigFox, o soluciones celulares, la gama de opciones es considerable.
#2 longitud de onda
Algunas longitudes de onda de radio se propagan mucho mejor que otras, y esta propagación puede estar relacionada con una mayor eficiencia energética. Las frecuencias más bajas generalmente se propagan mejor que las frecuencias más altas, pero la contrapartida es velocidades de datos más bajas posibles. Por ejemplo, las distancias en las bandas de 2,4/5 GHz se miden en decenas de metros, pero pueden transmitir cientos de kilobits de datos por segundo, mientras que las distancias en las bandas sub-GHz se miden en cientos de metros o kilómetros, pero solo pueden enviar. Unos pocos kilobits de datos por segundo. Las redes de malla inalámbricas pueden extender las distancias de transmisión saltando datos entre nodos.
# 3 MCU poder de suspensión
Hay muchos microcontroladores que dicen ser de bajo consumo. Sin embargo, algunos solo tienen estados de suspensión de muy bajo consumo, mientras que otros también tienen bajo consumo de energía cuando están en funcionamiento. La frecuencia con la que el dispositivo entra en modo de suspensión afecta qué parámetros son importantes. Si su dispositivo duerme normalmente, preste atención al consumo de energía en el modo de suspensión profunda. Pero si siempre está despierto, como escuchando la red, lo que importa es el consumo de energía cuando está funcionando.
#4 Fuente de alimentación
El consumo de energía es una consideración importante en los dispositivos restringidos. Una vez que el usuario ha determinado si las baterías reemplazables (AA, AAA, etc.) o las baterías recargables como Li-Po son adecuadas para el producto, es necesario realizar muchas optimizaciones. Los factores ambientales (frío o calor intensos) tienen un gran impacto en la vida útil, así como en la curva de descarga de la batería. Los radios de baja potencia tienden a consumir muy poca energía mientras están dormidos y usan grandes pulsos de corriente para recibir y transmitir mientras están despiertos. Es posible que algunos tipos de baterías no manejen bien este modelo de uso.
#5 Pull-ups y otros consejos de diseño
El diseño de un sistema de radio inalámbrico de baja potencia requiere atención a otros detalles además de los circuitos de radio, como las resistencias pull-up. Estos deben optimizarse para maximizar la duración de la batería. Por ejemplo, agregue componentes activos como FET para encender/apagar dispositivos y resistencias pull-up.
Cuando utilice FET en su diseño, elija con cuidado. Incluso si solo está consumiendo unos pocos miliamperios, encontrará que los dispositivos de alta potencia clasificados en unos pocos amperios tienen un Vf (voltaje directo) más bajo y desperdician menos energía cuando el FET está encendido.
#6 Hoja de cálculo
El uso de una hoja de cálculo puede ser muy útil para determinar qué compensaciones necesita hacer para que su diseño sea viable.
Se puede usar una hoja de cálculo para ver cómo los compromisos en el tiempo de transmisión o recepción afectan la vida útil de la batería, la transmisión sostenida y para determinar la eficiencia del regulador sobre el rango de voltaje y los requisitos de corriente.
#7 Medición de potencia
Los multímetros estándar tienen frecuencias de muestreo bajas y pueden perder ráfagas de RF cortas asociadas con las transmisiones. Use un osciloscopio matemático o un multímetro de alta frecuencia para medir la potencia. Alternativamente, integre la potencia durante un largo período de tiempo con un medidor de potencia.
#8 Sintonización de antena
No olvide calibrar su antena si el rango es importante. Esto maximiza lo que obtiene sin aumentar el presupuesto de energía de su sistema.
#9 Potencia de transmisión
No aumente innecesariamente la potencia de salida más de lo necesario. Por ejemplo, si su enlace de radio abarca solo 10 metros, es poco probable que necesite 5 dB de potencia de salida, solo desperdiciando energía y acortando la vida útil de la batería.
#10 Prueba por lotes
El uso de dispositivos de bajo consumo alimentados por batería puede hacer que los componentes funcionen cerca de sus límites de rendimiento. Por ejemplo, para los FET y otros dispositivos activos que dependen de caídas de voltaje bajas, siempre hay una variación en las características de un dispositivo a otro que puede afectar el rendimiento. Esto significa que vale la pena ejecutar pruebas por lotes en lotes de tamaño adecuado para asegurarse de que la variabilidad no comprometa el comportamiento del sistema final.
El uso de un simulador SPICE para simular algunos aspectos simples de su diseño (ejecutar pruebas en rangos extremos de temperatura y voltaje) puede salvarlo de manera similar de la producción en masa.
#11 Transmitir pulso
Cuando el transmisor está encendido, la radio de baja potencia está en estado de máxima potencia. Minimice ese tiempo de “encendido” minimizando la cantidad de datos que deben enviarse, tal vez usando archivos binarios o comprimiendo archivos más grandes usando el formato .zip.
Al desarrollar una gran cantidad de productos para el hogar inteligente, dispositivos de monitoreo remoto u otras soluciones de IoT, los consultores de diseño integrado siempre consideran las 11 consideraciones anteriores cuando el bajo consumo de energía es un requisito.
Esperamos que estos consejos lo ayuden en su próximo proyecto de bajo consumo. Para más información, ver: www.bytesnap.esy no dude en publicar cualquier comentario o pregunta a continuación.