TinyLiDAR IoT- ի համար ՝ 3 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Եթե նայեք շուրջը, կնկատեք, որ շատ խելացի փոքր սարքեր են օգտագործվում առօրյա կյանքում: Նրանք սովորաբար մարտկոցով են սնվում և սովորաբար ինչ -որ կերպ միացված են ինտերնետին (հայտնի է նաև «ամպ»): Սրանք բոլորը այն են, ինչ մենք անվանում ենք «IoT» սարքեր, և դրանք այսօր արագորեն տարածված են դառնում աշխարհում:

IoT համակարգի ինժեներների համար նախագծման մեծ ջանքեր են ծախսվում էներգիայի սպառման օպտիմալացման վրա: Դրա պատճառն, իհարկե, մարտկոցների առկայության սահմանափակ հնարավորությունն է: Հեռավոր տարածքներում մարտկոցները մեծ քանակությամբ փոխելը կարող է շատ թանկ առաջարկ լինել:

Այսպիսով, այս խրատը վերաբերում է tinyLiDAR- ում էներգիայի օպտիմալացմանը:

TL; DR ամփոփում

Մենք ունենք «Իրական ժամանակի» չափման նոր ռեժիմ (որոնվածի 1.4.0 -ի դրությամբ), որը կօգնի առավելագույնի հասցնել մարտկոցի աշխատաժամանակը IoT սարքերում:

Ավելի շատ հյութ սեղմելով մարտկոցներից

Ինտուիտիվ կերպով, մենք կարող ենք մեծացնել գործարկման ժամանակը ՝ պարզապես նվազեցնելով IoT սարքերի էներգիայի սպառումը: Լավ, ուրեմն դա ակնհայտ է: Բայց ինչպե՞ս կարող եք դա անել արդյունավետ և ճիշտ հաշվարկել սպասվող աշխատաժամանակը: Եկեք պարզենք…

Քայլ 1: Մաքուր էներգիա

Կան բազմաթիվ եղանակներ դա անելու համար, բայց մենք նախընտրում ենք այն բաժանել հիմնականի և ամեն ինչ վերածել էներգիայի: Էլեկտրական էներգիան չափվում է ouոուլում (խորհրդանիշ J) և ըստ սահմանման.

Jոուլը ջերմության պես ցրված էներգիան է, երբ մեկ ամպի էլեկտրական հոսանքը անցնում է մեկ օմի դիմադրությամբ մեկ վայրկյանի ընթացքում:

Քանի որ էներգիան (E) նաև լարվածություն է (V) x լիցք (Q), մենք ունենք.

E = V x Q

Q- ն ընթացիկ (I) x ժամանակն է (T):

Q = I x T

Այսպիսով, էներգիան ouոուլում կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.

E = V x I x T

որտեղ V- ն լարումն է, I- ը հոսանքն է Amps- ում, իսկ T- ը վայրկյանների ժամանակն է:

Ենթադրենք, մենք ունենք մարտկոցների փաթեթ, որը բաղկացած է չորս AA ալկալային (LR6) մարտկոցներից, որոնք միացված են շարքով: Սա մեզ կտա ընդհանուր մեկնարկային լարումը 4*1.5v = 6v: Ալկալային AA մարտկոցի կյանքի վերջը մոտ 1.0 վ է, ուստի միջին լարումը կլինի մոտ 1.25 վ: Ըստ mfr տվյալների թերթիկի `« Առաքվող հզորությունը կախված է կիրառվող բեռից, գործառնական ջերմաստիճանից և անջատման լարումից »: Այսպիսով, մենք կարող ենք ենթադրել մոտ 2000mAhr կամ ավելի լավ ցածր արտահոսքի կիրառման համար, ինչպիսին է IoT սարքը:

Հետևաբար, մենք կարող ենք հաշվարկել, որ մենք ունենք 4 բջիջ x 1.25V մեկ բջիջի համար x 2000mAhr * 3600sec = 36000 J էներգիա, որը հասանելի է այս մարտկոցի տուփից մինչև այն փոխարինելը:

Ավելի պարզ հաշվարկների համար մենք կարող ենք նաև ենթադրել, որ փոխակերպման արդյունավետությունը մեր համակարգի կարգավորիչի համար 100% է և անտեսում ենք հյուրընկալողի վերահսկիչի էներգիայի սպառումը:

Խոսք հեծանվավազքի մասին

Ոչ, ոչ այն տեսակը, որով դու քշում ես: Կան մի քանի տեխնիկական հասկացություններ, որոնք հայտնի են որպես «Հեծանվավազք» և «Քնի հեծանիվ»: Երկուսն էլ կարող են օգտագործվել էներգիայի սպառումը նվազեցնելու համար, բայց երկուսի միջև տարբերություն կա: Առաջինը ներառում է ձեր սարքի անջատումն այնքան ժամանակ, որքան անհրաժեշտ է, այնուհետև այն կարճ ժամանակով միացնելը չափումներ կատարելու համար և այլն: ոչ աննշան ժամանակ, որպեսզի դա արվի և էներգիա այրվի այդ ընթացքում:

Երկրորդ հայեցակարգը ներառում է սարքը քնի ռեժիմում պահելը `հույս ունենալով, որ այն ավելի արագ կարթնանա, բայց քնելու ընթացքում դուք կայրեք որոշակի քանակությամբ հոսանք: Այսպիսով, որն է ավելի լավ օգտագործել:

Դա կախված է նրանից, թե որքան հաճախ է պետք արթնանալ:

Քայլ 2: Գործարկեք թվերը:

Մենք ցանկանում ենք գտնել ընդհանուր էներգիան (E) նորմալացված մինչև 1 վայրկյան ՝ ստորև թվարկված յուրաքանչյուր սցենարի համար:

Գործ A: Tc = 1 վրկ; ամեն վայրկյան հեռավորության չափում կատարեք Գործ B: Tc = 60 վրկ; ամեն րոպե չափեք հեռավորությունը: Գործ C: Tc = 3600 վրկ; ամեն ժամ հեռավորության չափում կատարել:

Դա անելու համար մենք կարող ենք ասել, որ Tc- ն մեր չափումների ցիկլի ժամանակն է, տոն տոնում է ակտիվ ժամանակը և դադարում անգործուն ժամանակը և վերադասավորում մեր էներգիայի բանաձևերը, ինչպես ցույց է տրված այստեղ.

TinyLiDAR- ի համար գործարկման ժամանակը կազմում է մոտ 300ms կամ ավելի քիչ, և այս ընթացքում այն կկազմի միջինը 12.25mA ՝ կարգավորվող 2.8v մատակարարումից աշխատելիս: Հետևաբար, այն կծախսի մոտ 10.3 մJ էներգիա յուրաքանչյուր գործարկման համար:

Քնի/հանդարտ հոսանքը tinyLiDAR- ի համար չափազանց ցածր 3uA է: Սա շատ ավելի ցածր է, քան ալկալային մարտկոցի փաթեթավորման ամսական 0,3% տոկոսադրույքը, ուստի մենք այստեղ հետաքննություն կիրականացնենք ՝ օգտագործելով միայն «քնի հեծանվավազքի» մեթոդը:

Ինչու չթողնել միկրո և չանցնել անմիջապես VL53 սենսորին:

Սրա պատասխանը այնքան էլ ակնհայտ չէ: Սմարթֆոնների զարգացման վաղ օրերին մենք իմացանք, որ էներգիայի սոված բարձր արագությամբ պրոցեսորը կենդանի պահելը mp3- երը նվագարկելու համար մարտկոցի կյանքը նվազեցնելու անշեղ մեթոդ էր: Նույնիսկ այն ժամանակ մենք բոլոր ջանքերը գործադրում էինք հնարավորինս ցածր հզորության «կիրառման պրոցեսորներ» օգտագործելու ծայրամասային պարտականությունների համար, ինչպիսիք են երաժշտությունը: Այսօր դա այնքան էլ տարբեր չէ, և իրականում, կարելի է ասել, որ այն նույնիսկ ավելի կարևոր է, քանի որ մենք փոքրացնում ենք այս բոլոր IoT սարքերը մարտկոցի յուրաքանչյուր նվազող հզորությամբ: Այսպիսով, ծայրահեղ ցածր էներգիայի կիրառման պրոցեսոր օգտագործելը `VL53 սենսորը վերահսկելու և հետագա մշակման համար պատրաստ տվյալներ տրամադրելու համար, որոշակի առավելություն է մարտկոցով աշխատող ցանկացած ծրագրի համար:

tinyLiDAR չափման ռեժիմներ

Այս պահին օգտագործողի ձեռնարկում դա կարող է պարզ չլինել [բայց ինչ -որ պահի կլինի, քանի որ մենք միշտ թարմացնում ենք մեր ձեռնարկը:)] - tinyLiDAR- ում իրականում կան չափման 3 տարբեր ռեժիմներ:

MC ռեժիմ

TinyLiDAR- ի սկզբից մենք տարված էինք ՝ փորձելով ավելի արագ չափումներ կատարել VL53 ToF սենսորից: Այսպիսով, մենք օպտիմալացրինք մեր որոնվածը `դրանից ամենաարագ և հետևողական հոսքային տվյալներ ստանալու համար: Սա ներառում էր բուֆերացման ներդրումը: Մի փոքր բուֆերացումը լավ բան է, քանի որ այն թույլ է տալիս հյուրընկալող վերահսկիչին (այսինքն ՝ Arduino- ին) միանգամից ստանալ իր չափման տվյալները և անցնել ավելի կարևոր բաների: Հետևաբար, բուֆերացումը բացարձակապես անհրաժեշտ է, և դրա շնորհիվ մենք կարողանում ենք հասնել 900Hz- ից բարձր հոսքի արագության, նույնիսկ համեմատաբար դանդաղ Arduino UNO- ի վրա: Հետևաբար, ամենաարագ արձագանքման ժամանակը կլինի tinyLiDAR- ի MC կամ «շարունակական» ռեժիմի օգտագործումը:

BTW, եթե երբևէ հնարավորություն ստանաք, ապա պետք է սերիական մալուխը միացնել tinyLiDAR- ի TTY ելքային քորոցին և կտեսնեք, թե ինչ է անում այս MC ռեժիմը: Այն բառացիորեն տանում է հնարավորինս արագ չափում և դա անելով ՝ լրացնում է իր I2C բուֆերը բացարձակ վերջին տվյալներով: Unfortunatelyավոք, քանի որ այն աշխատում է ամբողջ արագությամբ, այն նաև այրվում է առավելագույն էներգիա: Այս MC ռեժիմի ընթացիկ և ժամանակային գրաֆիկի համար տե՛ս ստորև:

SS ռեժիմ

Հաջորդ ռեժիմը այն է, ինչ մենք անվանում ենք «SS» «մեկ քայլ» ռեժիմի համար: Սա հիմնականում նույն բարձրակարգ ռեժիմն է վերևում, բայց փոխարենը մեկ քայլով: Այսպիսով, դուք կարող եք արագ պատասխաններ ստանալ tinyLiDAR- ից, բայց տվյալները կլինեն նախորդ նմուշից, այնպես որ դուք պետք է երկու չափումներ կատարեք `վերջին տվյալները ստանալու համար: Այս SS ռեժիմի ընթացիկ և ժամանակային գրաֆիկի համար տե՛ս ստորև:

Վերոնշյալ երկու ռեժիմներն էլ շատ լավ են համապատասխանում օրինագծին օգտվողների մեծ մասի համար, քանի որ դրանք արագ և հեշտ օգտագործման համար էին. Պարզապես թողեք «D» հրաման և կարդացեք արդյունքները: Սակայն…

Առաջ շարժվելով դեպի IoT աշխարհ, որտեղ յուրաքանչյուր միլիո-ouոուլը կարևոր է, մենք ունենք նոր հարացույց:

Եվ դա ճիշտ հակառակն է, ինչ մենք ծածկագրել ենք tinyLiDAR- ում: IoT աշխարհի համար մեզ անհրաժեշտ են մեկական չափումներ ՝ հազվադեպ պարբերականությամբ, որպեսզի պահպանեն ուժը և երկարացնեն աշխատաժամանակը:

RT ռեժիմ

Ուրախությամբ, մենք այժմ կարող ենք ասել, որ մենք ունենք այս սցենարի լուծում `1.4.0 որոնվածի դեպքում: Այն կոչվում է «RT» ռեժիմ «իրական ժամանակի» չափումների համար: Եվ հիմնականում իրականացնում է ձգան, սպասել և կարդալ մեթոդը: Այն օգտագործելու համար դեռ կարող եք պարզապես թողնել «D» հրահանգը ՝ չափումը սկսելու համար, սակայն այս RT ռեժիմի համար պետք է սպասել համապատասխան ժամանակ, մինչև չափումն ավարտվի, այնուհետև կարդալ արդյունքները: tinyLiDAR- ը ինքնաբերաբար անցնում է իր ամենացածր հանդարտ վիճակի `3uA- ի միջակայքում գտնվող նմուշների միջև: Իրականում այն դեռ պարզ է օգտագործման մեջ և էներգաարդյունավետ է, քանի որ ամենավերջին տվյալները, այսինքն ՝ զրոյական բուֆեր ստանալու համար, պետք է ընդամենը մեկ չափում կատարել երկուսի փոխարեն:

Այս նոր RT ռեժիմի ընթացիկ և ժամանակային գրաֆիկի համար տե՛ս ստորև:

Քայլ 3: Իրական չափումներ

MC շարունակական ռեժիմի օգտագործումը հազվագյուտ IoT չափումների համար քիչ իմաստ ունի, քանի որ մեզ անհրաժեշտ են միայն մեկ չափումներ: Հետևաբար, մենք կարող ենք փոխարենը մեր ուշադրությունը կենտրոնացնել SS և RT ռեժիմների վրա: Գործող tinyLiDAR- ը կարգավորվող մատակարարումից +2.8 վ ապահովում է մեզ ամենացածր էներգիայի սպառումը: Այսպիսով, օգտագործելով High Accuracy (200ms) նախադրյալներ, մենք չափեցինք հետևյալ էներգիայի սպառումը tinyLiDAR- ում.

SS/մեկ քայլ ռեժիմ ՝ 31.2 մJ միջինում 2 չափման ընթացքում

RT/իրական ժամանակի ռեժիմ ՝ 15.5 մJ միջինում 1 չափման ընթացքում

Այս վերը նշված արժեքները միացնելով մեր էներգիայի բանաձևին և նորմալացնելով մեկ վայրկյան, մենք կարող ենք գտնել աշխատաժամանակի ակնկալիքները ՝ ենթադրելով, որ մեր մարտկոցի տուփից էներգիան 36000 J է:

Գործ A: ամեն վայրկյան ընթերցում (վերցրեք 2 ընթերցում `վերջին տվյալները ստանալու համար) Tc = 1 վայրկյան = 210 մս մեկ ընթերցման համար x 2 ընթերցում Toff = Tc - տոն = 580 մբ 2.8 Վ լարման մատակարարում Jոուլում բեռնվածությամբ սպառվող ակտիվ էներգիան Eon = Vcc x Ion x Ton = 2.8V x 26.5mA * 420ms = 31.164mJ ouոուլում բեռի կողմից սպառվող ոչ ակտիվ էներգիան Eoff = Vcc x Ioff x Toff = 2.8V x 3uA x 580ms = 4.872uJ Նորմալացում մինչև TcE = (Eon + Eoff)/Tc = (31.164mJ + 4.872uJ)/1 = 31.169mJ կամ 31.2mJ վայրկյանում: Ուստի վայրկյանների ընթացքում սպառված աղբյուրի/էներգիայի ընդհանուր էներգիան, որը կազմում է 36000J / 31.2 մJ = 1155000 վայրկյան = 320 ժամ = 13.3 օր

Կրկնելով այս հաշվարկները ՝ մենք կարող ենք գտնել այլ սցենարների գործարկման ժամանակները.

SS ռեժիմ

Գործ A: 2 ընթերցում վայրկյանում: Նորմալացված էներգիան 31.2 մJ է: Այսպիսով, գործարկման ժամանակը 13,3 օր է:

Գործ B: րոպեում 2 ընթերցում: Նորմալացված էներգիան 528uJ է: Այսպիսով, գործարկման ժամանակը 2.1 տարի է:

Գործ C: ժամում 2 ընթերցում: Նորմալացված էներգիան 17jJ է: Գործողության ժամանակը հաշվարկվում է >> 10 տարի, հետևաբար tinyLiDAR- ի պատճառով բեռնումը աննշան է: Հետևաբար, մարտկոցի փաթեթը կսահմանափակվի միայն դրա պահպանման ժամկետով (այսինքն ՝ մոտ 5 տարի)

RT ռեժիմ

Գործ A: 1 ընթերցում վայրկյանում: Նորմալացված էներգիան 15.5 մJ է: Այսպիսով, գործարկման ժամանակը 26,8 օր է:

Գործ Բ: 1 րոպե ընթերցում: Նորմալացված էներգիան 267uJ է: Այսպիսով, գործարկման ժամանակը 4.3 տարի է:

Գործ C: 1 ժամ ընթերցում: Նորմալացված էներգիան 12,7 jJ է: Գործողության ժամանակը հաշվարկվում է >> 10 տարի, հետևաբար tinyLiDAR- ի պատճառով բեռնումը աննշան է: Հետևաբար, մարտկոցի փաթեթը կսահմանափակվի միայն դրա պահպանման ժամկետով (այսինքն ՝ մոտ 5 տարի)

Հետևաբար, իրական ժամանակի նոր ռեժիմը, որն օգտագործում է քնի հեծանվավազք, այստեղ օգուտ է 4 տարով երկարացնելու աշխատաժամանակը, եթե ամեն րոպե մեկ չափում կատարվի, ինչպես ցույց է տրված Բ -ում:

Նկատի ունեցեք, որ այս վերլուծության համար ընդունիչ վերահսկիչի էներգիայի սպառումը հաշվի չի առնվել, և մարտկոցի տուփի բնութագրերը պահպանողական էին: Դուք կարող եք գտնել շատ ավելի հզոր մարտկոցներ `ըստ ձեր ցանկության:

Շնորհակալություն ընթերցանության համար և հետևեք մեզ, քանի որ մենք կտրամադրենք աշխատանքային IoT օրինակ ՝ tinyLiDAR- ի միջոցով ՝ մեր հաջորդ հրահանգի համար: Ողջույն