Những yếu tố cần xem xét khi lựa chọn MCU wifi tích hợp cho thiết bị có công suất thấp?

Động lực cho câu hỏi này xuất phát từ việc một thời gian trước tôi đã tạo ra một bằng chứng đơn giản về khái niệm (PoC) thiết bị cạnh IoT bằng bộ vi điều khiển và bộ xử lý mạng Wifi CC3100 . Một trong những vấn đề với nguyên mẫu này là cấu hình đòi hỏi một lượng điện năng đáng kể. Do đó, nó không thể khắc phục những lợi ích của thiết bị năng lượng thấp hơn hiện tại có thể kéo dài hơn 2 đến 10 năm tùy thuộc vào lựa chọn pin và tần suất sử dụng.

Tùy thuộc vào ứng dụng, sản phẩm hiện tại sử dụng pin DC 6V có dung lượng từ 1400 mAh đến 2400 mAh. Thiết bị có yếu tố cảm biến năng lượng thấp và cơ chế hoạt động. Tải trọng rất có thể sẽ vào khoảng 100 byte. Tần suất liên lạc sẽ là khoảng hai phút một lần trong khi hoạt động cao điểm. Với những tiến bộ trong IoT và nhu cầu thị trường, PoC này đã thu hút được một số sự chú ý.

Theo đề nghị của một số nhà cung cấp nền tảng IOT, tôi đang tìm kiếm MCU không dây CC3200 từ Texas Cụ vì nó là sự kế thừa cho CC3100. Ở cấp độ hệ thống khi không sử dụng, nguồn CC3100 có thể được tắt hoàn toàn. Đây là một lợi thế đáng kể cho công suất thấp ở cấp độ hệ thống. Khi hoạt động được phát hiện, phần tử cảm biến đánh thức vi điều khiển thông qua một ngắt. Có các MCU wifi tích hợp khác như ESP8266 , BCM43362 , ATWINC1500B , 88MC200 và nhiều hơn nữa. Tôi sử dụng Điểm ULPBench để thực hiện phân tích đơn hàng đầu tiên về vi điều khiển công suất thấp, sau đó là phân tích như được mô tả trongLàm thế nào để chọn một bộ điều khiển vi mô cho một ứng dụng năng lượng thấp? để giúp chọn một vi điều khiển công suất thấp. Tôi đã sử dụng các tham số như vẽ hiện tại chế độ hoạt động trên mỗi tần số và hiện tại vẽ một chế độ năng lượng thấp khác nhau để đưa ra lựa chọn sáng suốt. Vì vậy, để duy trì tùy chọn năng lượng thấp và thêm khả năng IoT, các thông số quan trọng (có thể liên quan đến giao tiếp không dây) mà tôi nên chú ý khi chọn MCU wifi tích hợp là gì?

Người giới thiệu:

• SimpleLink ™ CC3100 / CC3200 Quản lý nguồn hệ thống mạng kết nối Internet trên chip một chip
• Làm cách nào để chọn Mô-đun Wi-Fi của bạn?

Vì hạn chế quan trọng nhất của bạn là có mức tiêu thụ điện năng thấp, tôi nghĩ rằng bạn đã chú ý đến 2 thông số quan trọng nhất: vẽ hiện tại chế độ hoạt động trên mỗi tần số và vẽ hiện tại ở các chế độ năng lượng thấp khác nhau.

Giữ liên lạc là một hằng số (tức là cùng một giao thức truyền thông và tần số EM), sau đó chọn MCU tốt nhất chỉ là vấn đề tổng hợp hai tham số đó đúng cách. Và đây là cách tôi sẽ tạo một giá trị số duy nhất mà tôi có thể so sánh trên tất cả các tùy chọn:

1. Tạo một hồ sơ hoạt động dự kiến ​​cho thiết bị (tần suất thiết bị giao tiếp và trong bao lâu) trong một khoảng thời gian - nói trong một tuần.
2. Tính toán mức rút hiện tại ở tần số EM được sử dụng cho các lần trong khoảng thời gian đã chọn khi giao tiếp được kích hoạt - tức là rút 10 uA (tần số @ 900 MHz) trong thời gian 2 giây ở 1000 x hoạt động trong một tuần có nghĩa là 20.000 uA-s / tuần.
3. Tính số lần rút hiện tại cho các lần trong khoảng thời gian đã chọn khi thiết bị ở chế độ năng lượng thấp mặc định - tức là rút 10 nA ở [7 ngày x 24 giờ x 60 phút x 60 giây - Hoạt động 1000 x 2 giây] có nghĩa là 6.028 uA -s / tuần.
4. Thêm 2 mang lại 26.028 uA-s / tuần rút thăm hiện tại cho MCU giả định này.
5. Bản vẽ hiện tại được tính toán hàng tuần này sau đó có thể được so sánh cho tất cả các MCU.

Tôi biết rằng đây là một cách rất đơn giản để xem hoạt động MCU - tức là chỉ xem xét 2 trạng thái: nhàn rỗi và giao tiếp ... nhưng tôi tin rằng bất kỳ trạng thái nào khác sẽ có đóng góp theo tỷ lệ và nhỏ cho một trong hai. đối với các tính toán (chu trình hướng dẫn) có thể được gói cùng với trạng thái giao tiếp và rất có thể sẽ có đóng góp rất nhỏ về mặt sức mạnh so với hệ thống phụ truyền thông. Vấn đề là, nhìn vào 2 trạng thái này là đủ cho quá trình lựa chọn.

Không có viên đạn ma thuật, vì vậy tôi nghĩ rằng lời khuyên sẽ rất rõ ràng. Bắt đầu sứt mẻ ở những người tiêu dùng quyền lực lớn nhất đầu tiên.

Bạn có thực sự tắt nguồn tất cả các chip và mạch khi không hoạt động? Tôi biết một số bảng sở thích và khiên không luôn tắt hoàn toàn mọi thứ bạn mong đợi.

Nếu đó là bộ truyền động, bạn có thể sử dụng động cơ chạy bằng điện nhẹ hơn hoặc giảm ma sát trong tàu lái không? Bức tranh lớn hơn, bạn có thể thiết kế lại tải được điều khiển để có khối lượng ít hơn, hoặc để được cân bằng tốt hơn?

Nếu đó là giao tiếp, hãy bắt đầu bằng cách nhìn vào tần số của giao tiếp. Những yếu tố nào dẫn đến quyết định "hai phút" hiện tại? Bạn có thể hy sinh để giao tiếp ít thường xuyên hơn? Bạn có thể chuyển sang mô hình pub-sub và phản hồi với ít byte hơn khi điều kiện cho phép không?

Đánh giá lại giao thức. Mỗi byte bạn cạo thể hiện mức tiết kiệm 1% ngân sách năng lượng RF hiện tại của bạn. Gửi bất kỳ giá trị Boolean? Sử dụng cờ bit, không phải là ASCII 'Y' hoặc 'N'. Đảm bảo bạn đang sử dụng bộ chứa nhỏ nhất có thể - không truyền số nguyên 16 bit nếu số đó có phạm vi cho phép chỉ từ 0-99. Hầu hết các giao thức chạy bằng pin đều cố gắng nén nó xuống hết mức có thể; ví dụ: nếu bạn đang báo cáo về một mảng các phần tử 5x5, địa chỉ chỉ cần là một trường 5 bit, không phải là một byte 8 bit. Việc sử dụng các chu kỳ CPU cho kết quả logic liên quan đến nén sẽ rút ra công suất tổng thể thấp hơn nhiều so với việc truyền các bit không cần thiết.

Nếu sức mạnh lớn là CPU (nghi ngờ, nhưng có thể), bạn có thể thực hiện các thủ thuật như bảng tra cứu được tính toán trước hoặc thậm chí giảm tải một số công việc cho một dịch vụ từ xa không?

Không có một bộ tham số chính xác nào mà bạn có thể sử dụng để chọn một thiết bị tích hợp như thế này, nhưng tôi nghĩ là một xấp xỉ đầu tiên, các thiết bị mới được thiết kế có thể tốt hơn đáng kể so với vài năm trước. Mặc dù khái niệm này không phải là mới, nhưng mức độ tích hợp này và các mục tiêu sức mạnh tích cực làm cho đây trở thành một thị trường phát triển.

Hãy chú ý đến các trạng thái năng lượng được cung cấp, nhìn từ góc độ của toàn bộ hệ thống của bạn (bộ điều chỉnh, thiết bị thẩm thấu, điều hòa tín hiệu cảm biến). Có thể (không chắc) rằng trạng thái hoạt động 2 phút của bạn sẽ được hưởng lợi từ một giấc ngủ ít sâu hơn trạng thái hoạt động bình thường.

Trạng thái hữu ích năng lượng thấp nhất sẽ chiếm phần lớn mức tiêu thụ năng lượng của bạn. Chính xác làm thế nào điều này giúp bạn giải quyết vấn đề như nếu bạn có thể tắt nguồn trực tiếp mà không cần bộ điều chỉnh, điện áp hoạt động tối thiểu, v.v.

Đối với trạng thái hoạt động, hãy xem xét hầu hết RAM của bạn hoặc tính toán các hoạt động chuyên sâu và đánh giá chúng bằng cách sử dụng các bộ phận tương đương gần nhất mà bạn có thể tìm thấy (dựa trên kiến ​​trúc CPU, tốc độ và bộ nhớ). Trong ứng dụng của bạn, có vẻ như việc chuẩn bị tải trọng và mã hóa có thể khá tầm thường, nhưng nói chung đây không phải là một giả định rõ ràng. Các trạng thái duy trì có thể cho phép tích hợp cảm biến mà không cần lưu / khôi phục trạng thái.

Phù hợp với tốc độ và kiến ​​trúc đồng hồ với nhu cầu của ứng dụng của bạn. Trong trạng thái ngủ, bạn tiết kiệm điện rò rỉ. Tốc độ đồng hồ mục tiêu thấp hơn cho một thiết bị có thể có nghĩa là nó cần duy trì trạng thái hoạt động lâu hơn, nhưng cũng dẫn đến một thiết kế đạt được hiệu suất rò rỉ tốt hơn (cũng như có thể điện áp hoạt động thấp hơn).

Bạn sẽ không biết thiết kế tốt nhất tuyệt đối cho đến khi bạn lặp lại nhiều hơn một thiết kế - chỉ có quá nhiều tham số (và đến lúc này, sản phẩm của bạn sẽ bắt đầu cũ), vì vậy các khía cạnh cấp cao hơn của dòng thiết kế vẫn còn quan trọng. Nếu bạn có thể tối ưu hóa kiến ​​trúc của mình để giảm 5% sự kiện đánh thức, điều này sẽ đáng chú ý trong thời lượng pin.