Los desarrolladores de dispositivos que funcionan con batería a menudo se enfrentan al desafío de maximizar la vida útil de la batería y, al mismo tiempo, proporcionar un alto nivel de funcionalidad y rendimiento. Las aplicaciones como medidores de flujo de agua y gas, dispositivos de monitoreo médico y sensores remotos generalmente requieren meses o años de vida útil de la batería con una sola batería. En algunos casos, los desarrolladores incluso se desafían a sí mismos para crear productos sin batería de próxima generación que requieran la recolección de energía de fuentes ambientales como el calor, la vibración y la luz.
prólogo
Los desarrolladores de dispositivos que funcionan con batería a menudo se enfrentan al desafío de maximizar la vida útil de la batería y, al mismo tiempo, proporcionar un alto nivel de funcionalidad y rendimiento. Las aplicaciones como medidores de flujo de agua y gas, dispositivos de monitoreo médico y sensores remotos generalmente requieren meses o años de vida útil de la batería con una sola batería. En algunos casos, los desarrolladores incluso se desafían a sí mismos para crear productos sin batería de próxima generación que requieran la recolección de energía de fuentes ambientales como el calor, la vibración y la luz. Además, a medida que aumenta la demanda de baterías de mayor duración y baterías más pequeñas en muchas aplicaciones, los usuarios continúan exigiendo más funciones y un mayor rendimiento de los productos.
Para maximizar la funcionalidad y la duración de la batería, los desarrolladores de estas aplicaciones alimentadas por batería deben considerar muchos factores en la arquitectura y el diseño del sistema. En estas aplicaciones, el microcontrolador es el principal consumidor de energía, lo que requiere que los desarrolladores consideren cuidadosamente cómo usan la energía. Este artículo se enfoca en categorizar los modos principales en los que los microcontroladores consumen energía, describe los parámetros clave que se deben considerar en cada uno de estos modos y ayuda a los desarrolladores a comprender cómo los microcontroladores brindan un marco general para evaluar y comparar controladores. Comprender las diferentes formas en que los microcontroladores consumen energía ayuda a los desarrolladores a determinar las arquitecturas del sistema y seleccionar los mejores componentes para proporcionar a los usuarios de microcontroladores una funcionalidad optimizada y una mayor duración de la batería.
El poder es más que números
Para maximizar la duración de la batería, los desarrolladores deben minimizar el consumo de energía durante la vida útil del producto. La potencia y la energía totales se definen como:
potencia = yo x v
Energía = I x Tiempo x V
Para minimizar el consumo de energía o energía del microcontrolador del sistema, los desarrolladores pueden simplemente consultar la hoja de datos del producto para determinar la corriente consumida en la frecuencia de CPU requerida para su aplicación. Multiplique esta corriente por el voltaje de la batería y use los datos resultantes para seleccionar el microcontrolador con la potencia más baja. Esto parece sencillo. Sin embargo, considere algunas preguntas hipotéticas sobre aplicaciones típicas para determinar si esta visión del consumo de energía es integral.
- ¿El sistema entra en modo de espera cuando el microcontrolador no funciona?
- ¿Debe el sistema activarse automáticamente en ciertos intervalos de tiempo?
- ¿El sistema realiza mediciones de señales analógicas reales?
- ¿Debe el sistema registrar datos para su posterior análisis o transmisión?
Estas son solo algunas de las preguntas que los desarrolladores deben tener en cuenta al optimizar el consumo de energía, pero la gran mayoría de las aplicaciones que funcionan con batería responderán afirmativamente a algunas de las preguntas anteriores. Los métodos simples para observar la corriente y el voltaje de un microcontrolador no representan con precisión el consumo de energía de un microcontrolador.
Para obtener una visión completa del consumo de energía del microcontrolador, los desarrolladores deben considerar cuatro categorías principales de energía:
- Energía en espera: una aplicación de microcontrolador típica pasa la mayor parte de su vida en modo de espera de bajo consumo, donde los eventos internos o externos activan la CPU para procesar datos, tomar decisiones y comunicarse con otros componentes del sistema. La energía de reserva consume la mayor cantidad de energía y duración de la batería en muchas aplicaciones alimentadas por batería.
- Periféricos de alimentación: los microcontroladores modernos integran muchos periféricos inteligentes que les permiten comunicarse con otros componentes del sistema y medir señales del mundo real. En los sistemas que miden señales analógicas, esto puede tener un impacto significativo en la duración de la batería.
- Capacidades de registro de datos: la mayoría de las aplicaciones de microcontroladores registran datos para su posterior análisis o transmisión. Estos datos se registran utilizando una memoria no volátil interna o externa al microcontrolador. El registro de datos puede tener un impacto significativo en la duración de la batería, según la frecuencia y la cantidad de datos que se deben registrar.
- Energía activa: comprender la energía que usa su CPU cuando está funcionando activamente es fundamental para maximizar la vida útil de la batería.