Nola luzatu litiozko bateriaren iraupena mikrokontrolagailuen ekipoen

Autor: Iflowpower – Portable Power Station ပေးသွင်းသူ

Bateria hornitzeko ekipoak, hortzetako eskuila elektrikoa, maquinilla, telefono mugikorra, laguntzaile digital pertsonala (PDA), MP3 erreproduzitzailea edo joan ezin den urrutiko kontroleko ekipoa izan, eguneroko bizitzaren parte bihurtzen da. Hori dela eta, energiaren kudeaketa gauza garrantzitsua da gaur egungo diseinu txertatuen ingeniarientzat. Unibertsalki dauden mikrokontrolagailuek kudeaketa-potentzia-eskakizun ugari eskaintzen dizkie diseinu-ingeniariei ekipamendu-aplikazio askotan.

MCU mota ezberdinek gaur egungo kontsumoa eta energia aurrezteko funtzio ugari dituzte. Hala ere, mikrokontrolagailuan oinarritutako diseinuan, horniduraren kudeaketa ez da mikrokontrolagailu egokia bezain erraza. Energia-kudeaketak MCU bera ere erabili behar du egungo kontsumoa eta energia aurrezteko garapen-estrategiak murrizteko.

Sistema mailan, aukeratzen duzun MCU independentea bada ere, politika asko ere erabil ditzakezu zure aplikazioaren bateriaren iraupena gehiago luzatzeko. Aplikazioaren adibidea: Hari gabeko bizikletaren kilometrajea Ondoren, baliozko energia-kudeaketa erakutsiko dugu adibide gisa hari gabeko bizikleta-kilometroekin. Kilometroak hiru zatiko modulu ditu: autoaren kontrol-panel bat, gurpilean kokatutako abiadura-sentsore bat eta txirrindulariaren kaskoan pantaila bat.

Abiadura-sentsoreak bizikletaren abiadura kontrol panelera elikatzen du, hala nola: gidatze-abiadura, gidatzeko kilometrajea, gidatzeko denbora, energia-kontsumoa, eta kalkulatutako informazioa pantailara helarazten du. 1. irudiaren azpian bizikletaren milimetroaren kontrol-panel baten bloke-diagrama dago. 1. Irudia: Haririk gabeko bizikleta-mila Kontrol-paneleko bloke-diagrama gaur egungo MCU etengabe hobetutako energia kudeatzeko eginbideak erakusten dituena.

Potentzia baxuko moduaren MCU geometria berria txikitu egiten da txiparen eremua murrizteko, eta horrek transistoreak tentsioaren gainetik 3V edo 3V-ren erabilera zuzena ez jasaten du. Hori dela eta, beharrezkoa da tentsio-erregulatzaile bat erabiltzea barne-logikan tentsioa murrizteko. Zoritxarrez, tentsio erregulatzaile hauek MCUen egungo kontsumoa handituko dute.

Hala ere, potentzia-tamaina korrontearekin biderkaturiko tentsioaren berdina denez, sistemaren 1.8V-tik 3V-ko potentzia-kontsumoa doigailuarekin sistemaren 5V-ko potentzia-kontsumoa baino txikiagoa da oraindik doitzailerik gabe. MCUak potentzia kudeatzeko moduan oinarritzen da, eta horrek oraindik ere doikuntza potentzia eta abiadura erlojuaren abiadura onartzen ditu lan-korronte orokorrak murrizten dituen bitartean.

MCU berriak potentzia baxuko modu asko horni ditzake eskakizun hauek betetzeko, sistemaren malgutasuna mantenduz. Freescale-ren MC9S08GB60MCU-k potentzia baxuko lau modu ditu: sakonera gelditzeko egoera (STOP1), geldialdi moderatua (STOP2), geldialdi leuna (STOP3) eta abiarazte modua. Itxaron moduan, PUZaren erlojua itzaliz energia-kontsumoa murrizten da, baina sistemaren erlojua beste MCU periferiko batzuek onartzen dute, hala nola: Modu (AD) bihurgailua, tenporizadorea edo serieko komunikazio modulua.

Modu hau periferikoen kasuan energia-kontsumoa murrizteko erabiltzen da, baina CPUak ezin du funtzionatu periferikoko zereginak egin aurretik. Gure adibidean, itxaron modua serieko interfaze periferikoan (SPI) erabiltzen da RF (RF) transzeitorearekin komunikatzeko. Energia-kontsumoa gehiago murrizteko, erabili hiru geldialdi modu.

STOP1, STOP2, STOP3 energia-kontsumo murriztuaren maila desberdinak hornitzen dituzte. STOP3 funtziorik indartsuena da hiru geldialdi moduetan. STOP3 moduan, txiparen tentsio-erregulatzailea energia aurrezteko moduan dago, baina hala ere gutxieneko doikuntzak ematen ditu ausazko memoriaren (RAM) eta sarrera/irteera (I/O) erregistroen edukia mantentzeko.

Hainbat eten iturri eta berrezarri MCU STOP3 modutik esna dezakete. STOP3 hiru geldialdi-moduetan modu bakarra da eta hiru geldialdi-moduetan oraindik funtziona dezakeen modua da. Gure adibidean, abiadura-sentsoreak abiadura-balioa irakurri arteko denbora tarte batean, MCU itxaron egoeran dago eta STOP3 modua erabil daiteke.

STOP3 moduan lan egiteko denbora errealeko interfazea (RTI) funtzioa erabil daiteke MCUa hurrengo irakurketarako garaiz esnatzeko. STOP2 STOP3 baino funtzionala da, baina bere potentzia txikiagoa da. STOP2 moduan, tentsio-erregulatzailea energia aurrezteko moduan dago (PoweredDown).

Hala ere, RAM edukia gordetzen da oraindik. I/O erregistroa ere energia aurrezteko egoeran dago, eta gelditzeko modutik esnatzen denean birkonfiguratu behar da. STOP2-n, posible da MCUn gutxiago esnatzea, baina oraindik RTI funtzioak ditu.

Gure adibidera itzuliz, STOP2 STOP3 ordezkatu dezake energia-kontsumoa gehiago murrizteko. RTI funtzioa eta RAM funtzionatzen ari direnez, abiadura irakurketaren arteko denbora oraindik neur daiteke. STOP1 MCUko energia-kontsumo modurik baxuena da.

Modu honetan, tentsio-erregulatzaileak eta periferiko guztiak, CPU, RAM eta I/O guztiz energia aurrezteko egoeran sartzen ari dira. Berrezarri eta IRQ eten oinek soilik esna dezakete MCU. MCUak energia aurrezteko egoeran sar dezakeenean, baina kanpoko kitzikapenean, botoia sakatzean erantzuna eman behar baduzu, STOP1 modua eskuragarri dago.

Bizikletaren adibide honetan, STOP1 moduan sar dezakezu kilometraje-taula energia aurrezteko egoeran dagoenean. Energia aurrezteko egoeran STOP1 modua MCUn egon daitekeen modurik txikiena da txiparen energia moztu gabe. Zergatik ez duzu txiparen elikadura hornidura mozten? Txiparen energia moztu duzulako etengailu garestiago bat erabiltzeko.

Era berean, MCU-k etendura-oinari konektatutako etengailu bat erabil dezake hainbat helburu lortzeko. Erabilera ezberdin hauek sistemaren egungo egoeraren araberakoak dira. Hori dela eta, STOP1 moduak diseinu sinplea, kostu baxua eta ia egungo kontsumoa mantendu dezake, ezin hobea da.

Erlojuaren kudeaketa Diseinatzaile askok potentzia baxuarekin eta erloju-maiztasun baxuekin lan egingo dute. Izan ere, MCUren izenean egindako eragiketa eta MCU ezberdinen arabera, energia kontsumoa abiadura handienean murrizteko gai da. MCUak potentzia baxuko modu balioduna badu, posible da energia-kontsumoa denbora luzeenean murriztea energia-kontsumoa minimizatzeko.

Hori dela eta, PUZa lo modua itzuli aurretik exekutatzen bada, kodearen exekuzioa ahalik eta abiadura handienarekin amaituko da, eta, ondoren, itzultzeko potentzia baxuko modua uneko abiadura baxua kontsumitzen duena baino. Ikus ditzagun bizikleta-mileen adibidea, demagun kontrol panelak segundoro behin eguneratzen duela abiadura, eta 16.000 autobus-zikloa begizta egiten dela datuak kalkulatzeko eta pantailan bistaratzeko. 32 kHz-ko kristal tipiko batekin lan egin, eta bat-biko autobus erloju arrunt bat dagoela suposatzen du, 16 kHz-ko busa izan dezakegu, kasu horretan, segundo bat erabili kalkulua osatzeko.

Orain, 8MHz-ko autobuseko erlojua erabil dezakegu, 2 milisegundo baino ez dituzu kostatuko kalkulua osatzeko, eta gainerako 998 milisegundoak potentzia baxuko moduan egon daitezke. Jakina, MCU ez den zeregin bakoitza abiadura handiko errendimendutik gogoratu behar da. Gure adibidean, datuen abiadura nahiko motela bada, baliteke hari gabeko komunikaziorako behar den denbora 8MHz-ko bus-tasa ez izatea.

Hori dela eta, kasu honetan, energia-kontsumoa minimizatu beharko genuke, MCU ahalik eta azkarren exekutatu beharko genuke haririk gabeko komunikazioa amaitu arte. Hori dela eta, erloju bat nahi dugu, MCU malgua, hala nola Freescale-ren MC9S08GB60MCU. Gailu honekin maiztasun handiko kristalak, maiztasun baxuko kristalak edo barne osziladoreak erabil ditzakezu.

Halako erloju-iturri batekin, txip-ko frekuentzia blokeatzeko eraztuna (FLL) erabil dezakezu autobusaren abiadura handitzeko edo murrizteko zereginen eskakizunak betetzeko eta energia-kontsumoa minimizatzeko. 2. irudia bizikletaren kilometraje batean funtzionamendu-modu ezberdinetan energia-kontsumoaren aldaketa da. 2. Irudia: Bizikleten kilometrajearen adibidean, nola egin potentzia-kudeaketa oso aktiboen pultsu laburren eta luzeago ez-aktibo baxuko moduaren arteko bihurketa bidez.

.