Як продовжити термін служби літієвої батареї мікроконтролерного обладнання

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Portable Power Station Supplier

Обладнання для джерела живлення від акумуляторів, будь то електрична зубна щітка, бритва, мобільний телефон, персональний цифровий помічник (PDA), MP3-плеєр або обладнання дистанційного керування, яке неможливо використовувати, стає частиною повсякденного життя. Тому керування живленням є важливою справою для сучасних інженерів-конструкторів вбудованих систем. Універсально існуючі мікроконтролери забезпечують велику кількість вимог до живлення для керування для інженерів-конструкторів у багатьох додатках обладнання.

Різні типи MCU самі по собі мають діапазон споживання струму та багато функцій енергозбереження. Однак у конструкції на основі мікроконтролера керування джерелом живлення не таке просте, як правильний мікроконтролер. Управління живленням також потребує використання самого MCU для зменшення поточного споживання та стратегії розвитку енергозбереження.

На системному рівні, навіть якщо обраний вами MCU є незалежним, ви також можете використовувати багато політик для подальшого подовження терміну служби батареї вашої програми. Приклад програми: бездротовий велосипедний пробіг Далі ми відобразимо дійсне керування живленням як приклад із бездротовим велосипедним пробігом. Пробіг складається з трьох модулів: панелі керування на автомобілі, датчика швидкості, розташованого в колесі, і дисплея на шоломі водія.

Датчик швидкості передає швидкість велосипеда на панель керування, обчислює, наприклад, швидкість руху, пробіг, час руху, споживання енергії та передає розраховану інформацію на дисплей. Нижче на малюнку 1 наведена блок-схема панелі керування велосипедним кілометром. Малюнок 1: Бездротові велосипедні милі Блок-схема панелі керування, що демонструє сучасні функції керування живленням MCU, які постійно покращуються.

Нова геометрія MCU режиму низького енергоспоживання зведена до мінімуму, щоб зменшити площу мікросхеми, що призводить до того, що транзистор не витримує прямого використання 3 В або 3 В вище напруги. Тому для зниження напруги необхідно використовувати стабілізатор напруги у внутрішній логіці. На жаль, ці стабілізатори напруги збільшать струм споживання мікроконтролерів.

Однак, оскільки величина потужності дорівнює напрузі, помноженій на силу струму, споживання електроенергії системою від 1,8 В до 3 В з регулятором усе ще нижче, ніж споживання електроенергії системою 5 В без регулятора. MCU покладається на режим керування живленням, який все ще може підтримувати регулювання потужності та тактової частоти швидкості, одночасно зменшуючи загальні робочі струми.

Новий MCU може забезпечувати багато режимів низького енергоспоживання для задоволення цих вимог, зберігаючи при цьому гнучкість системи. MC9S08GB60MCU від Freescale має чотири режими низького енергоспоживання: стан глибокої зупинки (STOP1), стан середньої зупинки (STOP2), стан помірної зупинки (STOP3) і режим запуску. У режимі очікування споживання електроенергії зменшується шляхом вимкнення годинника ЦП, але системний годинник підтримується іншими периферійними пристроями MCU, такими як: конвертер режимів (AD), таймер або модуль послідовного зв’язку.

Цей режим використовується для зменшення енергоспоживання у випадку периферійних пристроїв, але ЦП не може працювати до виконання завдань периферійним. У нашому прикладі режим очікування використовується в послідовному периферійному інтерфейсі (SPI) для зв&39;язку з радіочастотним (RF) трансивером. Щоб ще більше зменшити енергоспоживання, використовуйте три режими зупинки.

STOP1, STOP2, STOP3 забезпечують різні рівні зниженого енергоспоживання. STOP3 є найсильнішою функцією в трьох режимах зупинки. У режимі STOP3 регулятор напруги на мікросхемі знаходиться в режимі енергозбереження, але він все ще забезпечує мінімальні налаштування для збереження вмісту оперативної пам’яті (RAM) і регістрів введення/виведення (I/O).

Кілька джерел переривання та скидання можуть вивести MCU з режиму STOP3. STOP3 — це єдиний режим із трьох режимів зупинки та режим, який все ще може працювати в трьох режимах зупинки. У нашому прикладі в період часу між зчитуванням значення швидкості датчиком швидкості MCU знаходиться в стані очікування, і можна використовувати режим STOP3.

Функцію інтерфейсу реального часу (RTI), що працює в режимі STOP3, можна використовувати, щоб вчасно активувати MCU для наступного зчитування. STOP2 функціональний, ніж STOP3, але його потужність нижча. У режимі STOP2 регулятор напруги знаходиться в режимі енергозбереження (PoweredDown).

Однак вміст оперативної пам’яті все ще зберігається. Регістр вводу-виводу також знаходиться в енергозберігаючому стані, і його необхідно переналаштувати, коли він виходить із режиму зупинки. У STOP2 можна менше прокидатися в MCU, але все ще має функції RTI.

Повертаючись до нашого прикладу, STOP2 може замінити STOP3, щоб ще більше зменшити споживання енергії. Оскільки функція RTI та оперативна пам’ять все ще працюють, час між зчитуванням швидкості все ще можна виміряти. STOP1 - режим найнижчого енергоспоживання в MCU.

У цьому режимі регулятори напруги та всі периферійні пристрої, центральний процесор, оперативна пам’ять і введення/виведення повністю переходять у стан енергозбереження. Тільки скидання та стопи переривання IRQ можуть розбудити MCU. Коли MCU може перейти в стан енергозбереження, але при зовнішньому збудженні, якщо вам все ще потрібно дати відповідь на натискання кнопки, доступний режим STOP1.

У цьому прикладі на велосипеді ви можете перейти в режим STOP1, коли таблиця пробігу знаходиться в стані енергозбереження. Режим STOP1 у стані енергозбереження є найменшим режимом, який може існувати в MCU без відключення живлення від мікросхеми. Чому б вам не відключити живлення від мікросхеми? Тому що ви відключаєте живлення від мікросхеми, щоб використовувати дорожчий тумблер.

Подібним чином MCU може використовувати кнопковий перемикач, підключений до ніжки переривання, для досягнення багатьох різних цілей. Ці різні способи використання залежать від поточного стану системи. Таким чином, режим STOP1 може підтримувати просту конструкцію, низьку вартість і майже повне споживання струму є ідеальним.

Керування тактовою частотою Багато розробників працюватимуть із низьким споживанням електроенергії та низькою тактовою частотою. Насправді, згідно з різними операціями та MCU від імені MCU, він фактично здатний зменшити споживання енергії на найвищій швидкості. Якщо MCU має дійсний режим низького енергоспоживання, можна мінімізувати енергоспоживання протягом найдовшого часу, щоб мінімізувати енергоспоживання.

Таким чином, якщо ЦП виконується перед поверненням у сплячий режим, виконання коду завершується з можливою найвищою швидкістю, а потім повертається в режим низького енергоспоживання, ніж поточне споживання низької швидкості. Давайте розглянемо приклад велосипедних миль, припустимо, що панель керування оновлює швидкість раз на секунду, а 16 000 автобусних циклів циклічно обчислюють дані та відображають їх на дисплеї. Працюючи з типовим кристалом 32 кГц, і припускаємо, що існує звичайна тактова частота шини один до двох, ми можемо мати шину 16 кГц, у цьому випадку використовуйте секунду, щоб завершити обчислення.

Тепер, якщо ми можемо використовувати тактову частоту шини 8 МГц, ви можете витратити лише 2 мілісекунди, щоб завершити обчислення, а решта 998 мілісекунд можуть бути в режимі низького енергоспоживання. Звичайно, кожне завдання, яке не є MCU, потрібно запам&39;ятати з високошвидкісного виконання. У нашому прикладі, якщо швидкість передачі даних досить низька, час, необхідний для бездротового зв’язку, може не дорівнювати швидкості шини 8 МГц.

Тому в цьому випадку ми повинні мінімізувати споживання енергії, ми повинні запустити MCU якомога швидше до кінця бездротового зв’язку. Тому нам потрібен гнучкий мікроконтроллер тактової частоти, такий як MC9S08GB60MCU від Freescale. За допомогою цього пристрою можна використовувати високочастотні кристали, низькочастотні кристали або внутрішні осцилятори.

З будь-яким таким джерелом синхронізації ви можете використовувати вбудоване кільце блокування частоти (FLL), щоб збільшити або зменшити швидкість шини, щоб відповідати вимогам завдання та мінімізувати енергоспоживання. На фіг.2 наведено зміну енергоспоживання в різних режимах роботи велосипеда при пробігу. Малюнок 2. У прикладі пробігу на велосипеді, як керувати живленням шляхом перетворення між високоактивними короткими імпульсами та довшим неактивним режимом низької потужності.

.