Бездротовий датчик з живленням від сонячної батареї: типовий проект від Texas Instruments

1. опис системи
2. Режим безперервної передачі даних з використанням енергії денного світла
3. Датчик природного освітлення
4. Датчик температури і вологості
5. Малопотребляющій МК бездротової мережі CC1310
6. Контролер управління живленням з накопиченням енергії денного світла
7. Низькоомним ключ комутації навантаження
8. літієва батарея
9. Сонячна батарея
10. Структурні схеми датчика бездротової мережі і його основних функціональних вузлів
11. Робота з платою датчика TIDA-00488
12. Огляд апаратних засобів датчика бездротової мережі
13. Завантаження програмного забезпечення
14. Прийом пакетів Даних
15. Перехоплення трафіку бездротових субгігагерцевих мереж автоматизованих систем управління будівлями
16. Результати випробувань плати датчика бездротової мережі
17. Час заряду ємнісного накопичувача сонячної енергії
18. Рівні споживаного струму
19. Струм в режимі очікування
20. Струм в активному режимі
21. література
22. Модуль MBee-DUAL-3.3-UFL-SOLDER-1350-UFL, що працює в двох діапазонах частот

18 серпня 2016

Texas Instruments представляє покроковий опис типової розробки - інтегрованого в бездротову мережу датчика контролю навколишнього середовища, що живиться від сонячної батареї. Використано інтегральні датчики освітлення OPT3001, температури і вологості HDC1000, а також мікроконтролер СС1310 і контролер управління живленням від сонячної батареї bq25505.

Проект TIDA-00488 компанії Texas Instruments (TI) демонструє спосіб побудови датчика контролю навколишнього середовища для бездротової мережі субгігагерцевого діапазону з наднизьким споживанням енергії, харчуванням від поновлюваного джерела енергії (сонячного світла) і тривалою роботою від резервної батареї. Даний проект використовує технологію Texas Instruments, що дозволяє здійснювати управління електроживленням від низькоенергетичних джерел, і включає до складу мікроконтролер (МК) з підтримкою бездротової мережі субгігагерцевого діапазону SimpleLink ™ і наднизьким споживанням енергії, а також датчики контролю освітленості, вологості і температури навколишнього середовища.

Основні характеристики системи:

• безперервний режим роботи з живленням від сонячної енергії;
• перемикання в режим роботи по перериваннях при низькому рівні природної освітленості в приміщенні;
• тривалий час автономної роботи від резервної батареї (до 10 років) в режимі роботи по перериваннях;
• контроль рівня освітленості в приміщенні для оптимального управління системою освітлення;
• контроль температури і відносної вологості в приміщенні.

Можливі застосування:

• інтелектуальні системи освітлення;
• системи електроживлення з використанням денного світла;
• датчики контролю параметрів навколишнього середовища;
• бездротові датчики;
• Інтернет речей (IoT);
• датчики систем вентиляції та кондиціонування;
• автоматизовані системи управління інженерним обладнанням будівель.

опис системи

Сучасні системи промислової автоматики, автоматизовані системи управління інженерним обладнанням будівель, а також Інтернет речей (IoT) вимагають значної кількості бездротових датчиків. При додаванні в бездротову мережу датчиків, встановлених в кінцевих вузлах мережі, двома основними обмеженнями є їх енергоспоживання і організація подачі живлення. Типові датчики кінцевих вузлів мережі розраховані на живлення від батарей і можуть функціонувати, в залежності від споживаної потужності, від декількох місяців до декількох років. Часта заміна батарей може значно збільшити вартість системи, тому для тривалого терміну служби батарей необхідно забезпечити низьке енергоспоживання вузлового датчика мережі. У системах автоматизації будівель часто потрібно і наявність датчиків освітленості для відстеження рівнів природного освітлення в приміщенні.

При раціональному моніторингу рівня природного освітлення можна зменшити вплив таких ефектів як вихід сонця з хмар і зниження рівня природного освітлення в хмарну погоду і в нічний час. Управління освітленням може здійснюватися автоматичними жалюзі або регулюванням рівня штучного освітлення (малюнок 1).

Рис. 1. Датчик освітленості в складі автоматизованої системи управління будівлями

Основний компроміс при проектуванні бездротових датчиків полягає у виборі між тривалістю автономної роботи системи і періодичністю збору даних від датчиків мережі. Якщо потрібні часті (1 ... 10 с) збір і передача даних, необхідно або використання батарей великої ємності, або їх часта заміна.

Проект TIDA-00488 компанії TI є приклад розробки датчика бездротової мережі субгігагерцевого діапазону з живленням від енергії денного світла, що дозволяє досягти тривалої автономної роботи в режимі безперервної передачі даних.

Режим безперервної передачі даних з використанням енергії денного світла

Для досягнення максимальної продуктивності системи дані рівня освітленості та інші параметри навколишнього середовища необхідно передавати центрального контролера будівлі з відносно високою частотою (з періодичністю 1 ... 20 с), що може привести до зниження тривалості автономної роботи системи. Подолати це обмеження дозволяє використання, на додаток до батарейного харчування, енергії денного світла.

Сонячна батарея перетворює енергію сонячного світла в електричну енергію, а пристрій управління живленням здійснює накопичення енергії сонячного світла в буферному конденсаторі великої місткості, і при достатній величині акумульованого заряду система переходить на живлення від ємнісного накопичувача енергії. В альтернативному варіанті, якщо накопиченого заряду недостатньо, харчування системи здійснюється від літієвої батареї CR2032. Пристрій управління живленням передає МК бездротової мережі інформацію про те, який з джерел живлення є активним - сонячна батарея або літієва. Щоб уникнути передчасного розряду при роботі від батареї, МК проводить вимірювання і передачу даних менш часто.

Датчик природного освітлення

У проекті TIDA-00488 датчик природного освітлення забезпечує вимір рівня зовнішньої освітленості відповідно до спектральної чутливістю людського ока. Точна інформація про рівень освітленості дозволяє «розумному будинку» оптимально контролювати умови навколишнього середовища для поліпшення комфорту мешканців та підвищення енергоефективності будівлі.

мікросхема OPT3001 виробництва компанії TI ідеально підходить для датчиків освітлення завдяки лінійної характеристиці освітленості з типовою похибкою 2% і придушення більше 99% інфрачервоного (ІЧ) випромінювання. Крім того, OPT3001 характеризується низьким енергоспоживанням - 1,8 мкА в робочому режимі і 0,3 мкА в режимі очікування. Підключення цієї мікросхеми до МК бездротової мережі реалізується за допомогою інтерфейсу I2C.

Датчик температури і вологості

Вологість і температура, як і рівень освітленості, є типовими параметрами, вимірюваними в промисловій автоматиці і системах автоматизації будівель. Мікросхема HDC1000 дозволяє отримати точні значення вологості і температури з похибками вимірювання відносної вологості ± 3% і температури ± 0,2 °. HDC1000 є малопотужним пристроєм із середнім струмом споживання 1,2 мкА в робочому режимі при частоті вимірювань в один відлік в секунду і не більше 200 нА в режимі очікування. Підключення цієї мікросхеми до МК бездротової мережі реалізується за допомогою інтерфейсу I2C.

Малопотребляющій МК бездротової мережі CC1310

Опис МК CC1310 можна знайти в статті [2], а також по посиланнях на Інтернет-сторінці проекту [1].

Контролер управління живленням з накопиченням енергії денного світла

Використання енергії денного світла дозволяє усунути необхідність частої заміни батарей, зберігаючи при цьому високу частоту вимірювань і передачі даних. Однак для ефективного використання енергії денного світла необхідно інтелектуальне пристрій управління живленням, так як сонячні батареї, як правило, мають високу вихідний імпеданс і низький вихідний напруга, що не дозволяє використовувати їх безпосередньо для харчування датчиків.

мікросхема bq25505 спеціально розроблена компанією TI для ефективного відбору потужності в діапазоні від одиниць мкВт до одиниць мВт від високоімпедансних сонячних батарей без їх перевантаження. Накопичена енергія зберігається в керамічному конденсаторі 1200 мкФ. При недостатньому рівні природного освітлення bq25505 перемикає живлення датчика на резервну літієвої батареї CR2032 .

Функції для bq25505 передбачають установку напруги ємнісного накопичувача, при якому bq25505 комутує навантаження між двома джерелами енергії, а також встановити режим роботи вбудованого контролера MPPT * для оптимізації відбору потужності, що виробляється сонячною батареєю.

Низькоомним ключ комутації навантаження

Підключення харчування датчика бездротової мережі до резервної батареї або до ємкісному накопичувача здійснюється низькоомними ключами. Оскільки навантаження завжди підключена через один із ключів або до ємкісному накопичувача, або до резервної батареї, опір ключа у відкритому стані є критичним параметром, облік якого дозволяє виключити надлишкові втрати потужності, що зменшують тривалість роботи системи. У проекті TIDA-00488 в якості ключа, переключающего харчування МК і датчиків між двома джерелами енергії, обраний здвоєний p-канальний польовий транзистор CSD75208W1015 з опором «сток-стік» 120 мОм.

літієва батарея

У проекті TIDA-00488 в якості резервної батареї використаний широко поширений малогабаритний літієвий елемент CR2032. Вихідна напруга CR2032 має практично ідеальну характеристику, залишаючись майже постійним аж до глибокого розряду батареї.

Температурні характеристики літій-іонних батарей краще в порівнянні з лужними елементами, однак діапазон робочих температур CR2032 -30 ... 60 ° C накладає більш жорсткі обмеження у порівнянні з іншими компонентами системи.

Послідовно з батареєю включений діод Шоттки, що запобігає пошкодження інших компонентів в разі підключення батареї у зворотній полярності. Паралельно батареї підключений буферний конденсатор, що забезпечує запас енергії, необхідний для запобігання «осідання» напруги при підвищеному споживанні струму під час передачі даних по радіоканалу.

Сонячна батарея

Як джерело сонячної енергії в даному проекті компанією TI обрана високоефективна сонячна батарея IXYS IXOLAR ™ SolarBIT (артикул KXOB22-12X1L ), Що обумовлено монокристаллической структурою батареї, малими розмірами - 0,7х2,2 см на осередок, номінальною напругою розімкнутого ланцюга 0,63 В і великим значенням струму короткого замикання - 50 мА. Дана сонячна батарея чутлива до широкого діапазону довжин хвиль електромагнітного випромінювання, що дозволяє використовувати її при достатньому рівні освітленості як всередині приміщень, так і зовні.

Структурні схеми датчика бездротової мережі і його основних функціональних вузлів

Структурна схема датчика бездротової мережі показана на малюнку 2.

Рис. 2. Структурна схема датчика бездротової мережі субгігагерцевого діапазону

Основними функціональними вузлами датчика є такі пристрої:

• bq25505 - мікропотужний контролер управління живленням із зарядним пристроєм на основі підвищуючого перетворювача і вбудованим комутатором навантаження;
• CC1310 - малопотребляющій МК бездротової мережі SimpleLink;
• OPT3001 - цифровий датчик освітленості;
• HDC1000 - цифровий датчик вологості і температури з низьким енергоспоживанням;
• CSD75208W1015 - здвоєний p-канальний МОП-транзистор.

Для отримання додаткової інформації по кожному з цих пристроїв, можна звернутися до відповідного розділу Інтернет-сторінки www.ti.com.

Структурні схеми bq25505, OPT3001 і HDC1000 показані, відповідно, на малюнках 3, 4 і 5.

Рис. 3. Структурна схема bq25505

Рис. 4. Структурна схема датчика освітлення OPT3001

Рис. 5. Структурна схема датчика вологості і температури HDC1000

Основні характеристики bq25505:

• зарядний пристрій на основі підвищуючого перетворювача з високим ККД;
• холодний старт при вхідній напрузі VIN ≥ 330 мВ;
• можливість накопичення енергії від первинних джерел з напругою від 100 мВ;
• вбудований контроллер відстеження точки максимального відбору потужності (MPPT);
• наднизький струм споживання: 325 нА;
• струм споживання з вимкненим перетворювачем: не більше 5 нА;
• регулювання вхідної напруги для запобігання перевантаження високоімпедансних джерел енергії;
• можливість використання в якості накопичувачів енергії акумуляторів різних типів або конденсаторів.

Вбудована в bq25505 функція обслуговування акумулятора запобігає перезаряд і глибокий розряд акумулятора. Вбудований комутатор автоматично перемикає навантаження на живлення від батареї при падінні напруги акумулятора нижче заданого користувачем порога VBAT_OK.

Основні характеристики OPT3001:

• прецизійна оптична фільтрація, відповідна спектральної чутливості людського ока;
• придушення не менше 99% інфрачервоного випромінювання;
• діапазон виміру рівнів освітленості: 0,01 ... 83000 лк;
• струм споживання в робочому режимі: 1,8 мкА.

Основні характеристики HDC1000:

• вимір відносної вологості повітря в діапазоні 0 ... 100%;
• похибка вимірювання вологості: ± 3%;
• похибка вимірювання температури: ± 0,2 ° C;
• струм, споживаний в режимі очікування: 200 нА;
• струм, споживаний під час вимірювання вологості і температури: 1,2 мкА.

Робота з платою датчика TIDA-00488

Рис. 6. Алгоритм роботи програми датчика бездротової мережі

Вбудоване програмне забезпечення плати TIDA-00488 призначений для режиму безперервної передачі, при якому пакети даних передаються через задані проміжки часу. Алгоритм роботи програми показаний на малюнку 6.

На початку роботи МК CC1310 здійснює ініціалізацію периферії і портів введення-виведення. Далі запускається нескінченний цикл вимірювання і передачі даних, на початку якого МК CC1310 визначає, від якого джерела здійснюється харчування плати датчика. При харчуванні від сонячної батареї використовується короткий інтервал часу опитування 15 с, а при харчуванні від літієвої батареї - довгий інтервал часу 60 с, що дозволяє збільшити термін служби акумулятора. Потім МК CC1310 запускає перетворення в датчиках OPT3001 і HDC1000. Оскільки HDC1000 вимагає більш високого робочої напруги в порівнянні з OPT3001 і CC1310, в алгоритмі передбачено етап перевірки можливості HDC1000 працювати при зниженому напрузі живлення. Якщо напруга живлення занадто низька для активного режиму роботи HDC1000 - перетворення переривається, і при передачі результатів вимірювання вологості і температури використовуються фіктивні дані.

Під час перетворення даних в датчиках OPT3001 і HDC1000 МК CC1310 знаходиться в режимі очікування, з якого він переходить в активний режим за сигналами готовності даних HDC1000 або OPT3001. Прочитавши результати вимірювань температури, вологості і рівня освітленості, МК CC1310 передає пакет даних по радіоканалу. При цьому для HDC1000 і OPT3001 не потрібно ніяких додаткових команд, так як ці датчики автоматично переходять в режим зниженого енергоспоживання після закінчення перетворення. Після передачі даних МК CC1310 переходить в режим очікування до наступного циклу виміру, запуск якого здійснюється по спрацьовуванню таймера.

Електричні принципові схеми плати датчика бездротової мережі з живленням від енергії сонячного світла показані на малюнках 7 і 8.

Рис. 7. Електрична принципова схема плати датчика бездротової мережі (накопичувач енергії)

Рис. 8. Електрична принципова схема плати датчика бездротової мережі (радіо, датчики освітленості, вологості і температури)

Огляд апаратних засобів датчика бездротової мережі

На малюнку 9 показаний зовнішній вигляд плати датчика бездротової мережі субгігагерцевого діапазону з контролем параметрів навколишнього середовища і харчуванням від енергії сонячного світла. Друкована плата прямокутної форми має розміри 2,0х3,0 "і поставляється в комплекті з нейлоновими стійками діаметром 0,5", які спрощують роботу з нею при проведенні випробувань в лабораторних умовах.

Рис. 9. Плата датчика бездротової мережі субгігагерцевого діапазону

Для роботи контролера в режимі заряду ємнісного накопичувача від сонячних батарей замкніть накоротко роз'єм J1. При недостатньому рівні природного освітлення переведіть харчування на літієвої батареї шляхом замикання контактів 1 і 2 роз'єми J4. Для підключення виходу харчування bq25505 до ланцюгів харчування датчиків і МК замкніть перемичкою контакти 3 і 4 роз'єми J4.

Завантаження програмного забезпечення

Вбудоване програмне забезпечення МК проекту TIDA-00488 було розроблено з використанням інтегрованого середовища розробки (ІСР) Code Composer Studio компанії TI (версія 6.1.0). Більш детальну інформацію з програмування МК CC1310 можна знайти в статті [2], а також по посиланнях на Інтернет-сторінці проекту [1].

Установка режимів роботи bq25505 здійснюється зовнішніми дільниками напруги, тому ніяких програмних налаштувань контролера управління живленням не потрібно. Для живлення плати необхідно напруга 3,0 В, яке можна зняти з контакту 3 роз'єму J4.

Апаратні засоби даного проекту TI програмуються шляхом підключення 10-проводового плоского шлейфу від роз'єму J7 до 10-контактного роз'єму ARM Cortex Debug Connector, P418 оціночної плати SmartRF06 (Рисунок 10).

Рис. 10. Підключення оціночної плати SmartRF06 до плати TIDA-00488 для програмування
і налагодження

Для роботи з проектом TIDA-00488 можна використовувати дві різні програми моніторингу параметрів навколишнього середовища і передачі даних, одна з яких призначена для безперервного режиму роботи, а інша - для роботи в режимі переривань.

Прийом пакетів Даних

Плата TIDA-00488 вімірює рівень природної освітленості, відносну вологість и температуру с помощью датчіків OPT3001 и HDC1000 відповідно. МК CC1310 передає ці дані у вигляді пакетів по односпрямованому радіоканалу. Пакети складаються з двох байтів ідентифікатора плати TI, двох байтів даних про відносну вологість, двох байтів даних про температуру і двох байтів даних про рівень освітленості

Перехоплення трафіку бездротових субгігагерцевих мереж автоматизованих систем управління будівлями

Існує два способи перегляду переданого пакета з метою перевірки правильності передачі даних по радіоканалу. Перший спосіб заснований на перехопленні трафіку за допомогою оціночної плати SmartRF06 з радіоканалом, виконаним на CC13xxEM (Рисунок 11). Програма перехоплення трафіку обробляє отриманий пакет і відображає шість останніх прийнятих значень на ЖК-екрані. Якщо для тестування або зняття характеристик системи необхідна більша кількість даних - слід використовувати другий спосіб.

Рис. 11. Програма перехоплення трафіку запускається на оціночної плати SmartRF06 з радіоканалом CC13xxEM

Для отримання додаткової інформації про графічному інтерфейсі програми перехоплення трафіку необхідно завантажити і встановити пакет програмного забезпечення "Building Automation Sub-1GHz Sniffer", доступний в розділі програмної підтримки проекту [1].

Другий спосіб перехоплення трафіку заснований на використанні бездротового USB-адаптера CC1111 USB EVM Kit 868/915 МГц і програми SmartRF ™ Protocol Packet Sniffer. Дані відображаються на екрані в початковому вигляді, проте потік даних може бути підданий подальшій обробці і використаний для тестування і визначення характеристик системи. Після установки програми аналізу пакетів (версії 2.18.1 на момент написання статті) процедура виявлення переданих даних виглядає наступним чином:

• Підключіть USB-адаптер CC1111 у вільний USB-порт комп'ютера з встановленою на ньому програмою перехоплення трафіку.
• Запустіть програму аналізу пакетів, виберіть протокол "Generic" і натисніть кнопку Start (рисунок 12).
• Налаштуйте CC1111 для відображення пакетів даних. Виберіть вкладку "Radio Configuration" ( «конфігурація радіоканалу»). Натисніть на кнопку «Browse ...», що знаходиться під вкладкою "Register settings" ( «налаштування регістрів»). Відкрийте файл TIDA-00488_CC1111.prs. Виділіть і двічі клацніть по «Tida-00488_CC1111», щоб застосувати настройки регістрів, показані на малюнку 13.

Рис. 12. Вікно запуску програми перехоплення трафіку

Рис. 13. Вікно конфігурації радіоканалу і відображення даних

Примітка: Якщо очікуються тривалі інтервали часу між прийомом даних - збільште розмір буфера даних в програмі перехоплення трафіку для запобігання можливих збоїв. Для цього відкрийте меню "Settings" ( «налаштування») і натисніть на лінк «Cache buffer size ...» ( «розмір буфера»).

• Для запуску процесу перехоплення пакетів натисніть кнопку "Play" на верхній панелі вікна програми.
• Програма аналізу пакетів даних може виявити велику кількість різних пакетів. Застосуйте фільтр для перегляду тільки достовірних пакетів даних.
• В поле "Field Name", виберіть «FCS» зі списку. Натисніть на кнопку «First». Змініть настройки фільтра так, щоб показувати тільки пакети з відміткою «OK», ввівши «FCS = OK» в поле "Filter condition", далі натисніть кнопку "Add", а потім - кнопку «Apply». На малюнках 14 і 15 показані приклади вікон перегляду невідфільтрованих і відфільтрованих даних.
• Для експорту перехоплених відфільтрованих пакетів натисніть на кнопку "Save the current session" ( «зберегти поточний сеанс») на панелі інструментів (значок із зображенням дискети) або призупините перехоплення пакетів і натисніть File → Save data ... з контекстного меню файлу. В обох випадках програма запропонує зберегти відображаються дані як пакет даних перехоплення (файл з розширенням .psd).
• Використовуйте програму редактора шістнадцятирічних чисел, наприклад HexEdit [3], для відображення даних з файлу .psd в зрозумілому людині вигляді.
• Відкрийте файл .psd в програмі HexEdit, натисніть Tools → Options. У вікні "Options" програми HexEdit натисніть Document → Display і змініть значення "Columns" ( «стовпчики») на «2066». Натисніть Edit → Select All і Edit → Copy As Hex Text. Відкрийте текстовий редактор (наприклад, Блокнот), вставте шістнадцятиричні числа у вигляді тексту і збережіть текстовий файл. Цей текстовий файл можна імпортувати в електронну таблицю програми Microsoft® Excel® для подальшого аналізу. Для отримання додаткової інформації про формат перехопленого пакета даних натисніть Help → User Manual.

Рис. 14. Вікно невідфільтрованих пакетів даних

Рис. 15. Вікно відфільтрованих пакетів даних

Результати випробувань плати датчика бездротової мережі

Плату TIDA-00488 доцільно встановлювати біля вікон, через які в будівлю проникають прямі сонячні промені. Для імітації типового денного освітлення були проведені вимірювання рівня освітленості біля вікна, що виходить на південь, з плівковим покриттям, що затримує ультрафіолетові промені, і незначним забрудненням скла. В середині ранку, до того, як сонце починає світити прямо в вікно, рівень освітленості становив близько 1000 лк. В середині дня рівні освітленості були близько 5000 лк при ясному небі і близько 3200 лк при легкій хмарності. У приміщенні рівень освітленості далеко від вікна варіювався в діапазоні 250 ... 450 лк залежно від місця розташування вимірювального приладу.

Час заряду ємнісного накопичувача сонячної енергії

Більш високий рівень освітленості сприяє швидшому заряду ємнісного накопичувача. При випробуваннях рівень освітленості встановлювався регульованим спрямованим джерелом світла і вимірювався люксметром в центрі світлової плями. Випробувана плата TIDA-00488 розміщувалася таким чином, щоб сонячні батареї розташовувалися в тому ж місці, де раніше знаходився датчик освітленості люксметра.

Під час вимірювання швидкості заряду ємнісного накопичувача батарея CR2032 повинна бути відключена. Для визначення швидкості заряду вимірювалося напруга VBAT в контрольній точці ТР3. До напруги 1,5 В заряд ємнісного накопичувача протікає з низькою швидкістю - це інтервал «холодного запуску» bq25505. Вище за поріг 1,5 В включається підвищує перетворювач ємнісного накопичувача, і швидкість заряду різко збільшується. При досягненні напругою значення 2,5 В до накопичувача підключається навантаження і починається передача даних по радіоканалу. Процес заряду триває до граничного значення напруги 3,5 В, після чого ємнісний накопичувач періодично заряджається до 3,5 В після кожної передачі даних. Час заряду ємнісного накопичувача для рівнів освітленості 1000, 2000 і 4000 лк показано в таблиці 1.

Таблиця 1. Час заряду ємнісного накопичувача при різних рівнях освітленості

рівень
освітленості, лк Час до запуску підвищуючого перетворювача ємнісного накопичувача, з Час до підключення
навантаження, з Час досягнення максимального рівня вихідної напруги, з 1000 435 545 700 2000 154 177 210 4000 73 83 96,6

Плата TIDA-00488 здатна накопичувати енергію при зниженні рівня освітленості до 750 лк, що вимагає більш 15 хвилин для заряду ємнісного накопичувача до 2,5 В.

Рівні споживаного струму

Струм вимірювався двома способами - для вимірювання динамічно змінюються струмів використовувався осцилограф з датчиком Холла, а для вимірювання дуже малих постійних струмів - цифровий мультиметр з дозволом до десятих часток мікроампер. Всі вимірювання проводилися, в основному, з живленням від джерела 3 В.

Струм в режимі очікування

У режимі очікування середній споживаний струм склав 1 мкА.

Струм в активному режимі

У безперервному режимі роботи є три основних інтервалу активності. У кожному з них МК CC1310, відповідно:

• запускає перетворення в датчиках освітленості, температури і вологості;
• зчитує дані датчиків температури і вологості;
• зчитує дані датчика освітленості і далі здійснює передачу даних по радіоканалу.

Під час циклу опитування датчиків і передачі даних є також кілька коротких перехідних процесів, обумовлених роботою вбудованого перетворювача напруги CC1310. Середній струм протягом одного циклу опитування датчиків і передачі даних можна обчислити шляхом вимірювання середнього значення струму під час окремих підпроцесів. Величина заряду, що витрачається в кожному підпроцесами, обчислюється шляхом множення середнього значення споживаного струму на тривалість подпроцесса. Таким чином, середній струм, споживаний пристроєм, дорівнює сумарному заряду, поділеній на тривалість циклу. Як приклад в таблиці 2 показаний розрахунок середнього струму для 15-секундного циклу опитування датчиків і передачі даних.

Таблиця 2. Розрахунок середнього струму і сумарного заряду для 15-секундного циклу опитування датчиків і передачі даних

Подпроцесс Кількість повторів в циклі Тривалість подпроцесса, з Середній
ток, мА Середній
заряд, Кл Сумарний
заряд, Кл Сумарне
час, з Ініціалізація датчиків 1 0,00146 2,36 3,45E-06 3,45E-06 0,00146 Читання датчика 1 1 0,001254 2,49 3,12E-06 3,12E-06 0,001254 Читання датчика 2
і передача даних 1 0,00665 5,68 3,78E-05 3,78E-05 0,00665 Перехідний процес CC1310 39 0,000182 2,12 3,86E-07 1,51E-05 0,007098 Режим очікування - 14 , 98795 0,001 1,50E-05 1,50E-05 14,98104 Всього - - 4,96E-03 - 7,44E-05 14,9975

Загальна тривалість циклу становить 14,9975 с, а сумарний заряд - 74,4 мкКл, отже, середній струм, споживаний пристроєм, становить 4,96 мкА.

Використовуючи ці дані, можна розрахувати споживаний струм для більш коротких циклів. Наприклад, для підтримки напруги, необхідного для роботи CC1310 в восьмісекундном циклі, необхідно 30 перехідних процесів, а в п'ятисекундний - 23. Відповідно, розрахункові значення середнього споживаного струму складають 7,99 мкА для восьмісекундного і 11,64 мкА для п'ятисекундного циклів.

література

1. Energy Harvesting Ambient Light and Environment Sensor Node for Sub-1GHz Networks Reference Design. http://www.ti.com/tool/TIDA-00488.
2. Швидкий старт розробки технології бездротового з'єднання 868 МГц на CC1310. Олександр Калачов. Новини Електроніки №3 / 2016.
3. http://www.hexedit.com/.

* - Відстеження точки максимальної потужності або ОТММ (Maximum power point tracking, MPPT) - спосіб, що використовується для отримання максимально можливої ​​потужності на виході фотомодулів і вітроустановок. Для ОТММ використовуються цифрові пристрої, що аналізують вольт-амперну характеристику для визначення оптимального режиму роботи фотомодуля.

Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .

Модуль MBee-DUAL-3.3-UFL-SOLDER-1350-UFL, що працює в двох діапазонах частот

Новий радіомодуль виробництва компанії ТОВ «СМК» побудований на базі бездротового мікроконтролера CC1350F128 і працює в безліцензійних діапазонах 868 МГц і 2,4 ГГц. Модуль призначений для створення різних пристроїв Інтернету речей і може виступати як в якості датчика, так і центрального вузла збору даних. На базі модулів MBee-DUAL можуть реалізовуватися мережі збору даних з приладів обліку ресурсів, системи безпеки, пожежної охорони, управління та промислової телеметрії.
Модулі створені на основі новітнього сімейства мікросхем CC1350 типу система-на-кристалі виробництва компанії Texas Instruments. На борту модуля є високопродуктивний мікроконтролер з ядром Cortex-M3 48 МГц, 128 кбайт Flash-пам'яті і 20 до, fqn ОЗУ, чого достатньо навіть для ресурсоємних додатків. Унікальне радіо, яке працює в двох діапазонах частот, споживає менше 6 мА в режимі безперервного прийому, що є найкращим показником в галузі. Іншим незаперечною перевагою CC1350, вигідно відрізняє цю мікросхему від конкурентів, є наявність спеціалізованого автономного контролера датчиків з наднизьким споживанням. Цей контролер призначений для автоматизації основних процедур вимірювання та первинної обробки результатів від цифрових і аналогових датчиків. При цьому виключається необхідність активації основного обчислювального ядра Cortex-M3 і тим самим забезпечується виключно низьке енергоспоживання модуля у всіх режимах роботи. Відповідно до вимог замовника можливі наступні варіанти виконання модулів:
• однодіапазонні модуль, що працює в смузі частот 868 МГц або 2,4 ГГц;
• двохдіапазонний модуль з роздільними антенними трактами для 868 МГц і 2,4 ГГц;
• двохдіапазонний модуль з єдиним антенним трактом.

•••