I miei consumi teorici di energia di questo avr sono corretti?


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Dopo essere stato ispirato da un semplice allarme oscurità basato su ATMEGA 168 che ha una durata teorica di 3 anni con batterie che utilizzano la modalità di sospensione , ho deciso di creare qualcosa di simile al mio (un allarme di sveglia, usando l'oscillatore per una precisione approssimativamente ok piuttosto che leggero)

La mia confusione è nel modo in cui viene calcolata la durata della batteria (vedere la sezione "Calcolo del tempo di funzionamento della batteria"), quindi ho deciso di fare il mio calcolo.

Apparentemente l'AVR a 1,8 V in modalità di spegnimento consuma 0,1 µA. In modalità attiva, 250 µA assumendo un oscillatore esterno da 1 MHz ( scheda tecnica qui ).

Ora alcune batterie AA (ideali forse) avrebbero 1200 mAh, quindi

1200 / 0.001 / 24 / 365 = ~137 years standby life time
1200 / 0.250 / 24 / 365 = ~0.5 years active life time

Supponendo che il mio cicalino piezoelettrico + resistenza serie 10k perché impieghi 5 mA in totale, potrei forse fare una media dell'utilizzo corrente per ora

5mA * 10 (second alarm)? / 6 (intervals of 10) / 60 (in to hours) = ~0.138mAh
0.250mA (active current) * 10 / 6 / 60 = ~0.00694 mAh

Risultato finale in corso (ignorando che l'assorbimento di potenza attiva si sovrappone allo stato di spegnimento).

1200 / (0.001 + 0.138 + 0.00694) / 24 / 365 = 0.9 years 

Puoi suggerire importanti difetti in questo? Quale sarebbe un metodo per calcolare tutta questa corrente assorbita nel tempo, specialmente quando le batterie usano mAh anziché Wh, e la scheda tecnica specifica solo "xx uA @ 1.8v" (e non ~ 4.5VI sto usando). C'è un modo più semplice per calcolare il consumo di energia quando le cose assorbono energia solo in determinati periodi (piuttosto che il mio calcolo "media per ora") che ho fatto?

Mi sembra di aver colpito un muro sul lato teorico del progetto personale. Mi interessa solo quanto tempo può durare se lo progetto nel modo più semplice possibile.


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1.8 V specd perché corrente e potenza inferiori rispetto a V. superiore uP è specd per funzionare a 1.89V. Assicurati di essere a corto di autoscarica della batteria. A quel punto Std Nimh era morto da tempo. LSD nimH e moderno alcalino OK ma giù a quell'età. AA dovrebbe essere >> 1200 mAh in qualsiasi normale tecnologia.
Russell McMahon,

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@RussellMcMahon, abbiamo passato i rulli, hai dato un rapido commento dando la risposta di base e ho scritto una risposta a lungo :)
Kortuk

@Kortuk - -1 ciascuno :-)
Russell McMahon

"Ora alcune batterie AA (ideali forse) avrebbero 1200 mAh" - Gli AA alcalini sono nella gamma 2000-2500 mAh , per quanto ne so.
marzo

Risposte:


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Sei molto vicino La potenza media è un modo molto preciso per farlo dato che non si sta tirando una corrente così alta che la capacità effettiva della batteria oscilla.

Batterie, batterie e altre batterie

C'è un termine molto importante, ovvero il tasso di autoscarica della batteria. Questo dipende dalla chimica, ma diciamo che hai un idruro di nichel-metallo. Il tasso di autoscarica è "20% o più nelle prime 24 ore, più il 4% al giorno in seguito" se non si tratta di un basso tasso di autoscarica NiMH , che si scarica ancora intorno al 25% circa all'anno.

Le batterie al litio hanno alcune delle migliori caratteristiche per il tasso di autoscarica e la mia esperienza supporta questo fatto. Penso che l' università della batteria abbia un ottimo sito per discutere di diverse caratteristiche della batteria e spesso indico le persone lì a conoscere le batterie quando iniziano a lavorare con loro. Se vuoi confrontare i tassi di scarica della batteria, hanno un intero articolo che discute dei fenomeni .

Questo è un po 'intorno al punto, ma cerco sempre di chiarire questo punto, quando misuri la tensione della batteria devi averla sotto carico. Questo varia con la chimica, ma è fondamentale nei litio. Avevo un collega che metteva delle pile a bottone difettose nei nostri dispositivi e le usava perché le pile a bottone mostravano quasi la piena tensione senza carico. Sotto un carico di qualsiasi quantità (10kohm aprox .2mA) erano completamente piatti.

Il tuo microcontrollore e te

Dato che hai a che fare con l'uso della scheda del produttore sulla corrente di dispersione, ci sono anche molti problemi diversi che dovrai affrontare per attenersi a quelle specifiche che probabilmente funzionano anche pensando. Il più grande che ho visto è un input mobile. Molti ingegneri lasceranno i pin non utilizzati come input pensando: "Ehi, che male può fare questo?" Abbastanza un po 'se stai parlando di microampere. Un ingresso flottante avrà i suoi transistor che cambiano costantemente stato e le fluttuazioni causano una differenza di assorbimento di potenza. Una volta abbiamo avuto una durata ridotta in un prodotto perché si era verificato un errore che ha lasciato i 2 pin flottanti causando un raddoppio della corrente di standby sul nostro MSP430. È necessario guidare tutti i pin per l'output e lasciare che mantengano uno stato.

È facile perdere quando si eseguono questi calcoli cose come il tempo di sveglia. Mi sembra di ricordare che il nostro MSP430 ha avuto un tempo di sveglia non trascurabile se lo facevi molto spesso. Aveva anche un impulso di potenza più grande per un solo istante mentre era online. Il nostro piccolo RTOS homespun ha dovuto cercare di tenerne conto e se lo spegnimento è stato inferiore a X millisecondi, l'abbiamo ignorato con NOP e risparmiato energia.

Se stai cercando un prodotto di lunga durata, avrai bisogno di un rivestimento conforme . Gli oli nella tua pelle non sono un problema immediato, ma col tempo formano un materiale leggermente conduttivo sulla tua tavola. Il rivestimento conforme protegge la tua scheda da questo piccolo effetto di risucchio.

Leggi tutte le note sulle app relative al funzionamento a bassa potenza, probabilmente copre problemi come i pin che devono essere mantenuti come output e molti altri fatti importanti e utili.

Ultimo ma non meno importante, non lasciarti rilassare solo perché hai letto le note dell'app e tutto sembra a posto dopo una settimana di funzionamento del tuo prodotto, devi fare come dice clabacchio, devi misurare e accertarti. Esegui il debug del tuo codice normalmente, questo fa parte di esso, devi scoprire se hai fatto un errore che sta causando la tua corrente inattiva in mA invece di uA o anche solo se hai fatto quello che abbiamo fatto e un pin galleggia in caso di incidente . Assicurati di utilizzare le misure bufferizzate quando esegui questa operazione, se hai una grande perdita sul tuo dispositivo che prende i dati, puoi fare una montagna da una talpa durante i test. Inoltre, non dimenticare mai i pullup, sono piccoli maiali di potere se non stai attento.


20% + 4% / giorno, numeri molto interessanti e tristi. (Ecco perché non compro mai fotocamere digitali che richiedono batterie AA.)
Al Kepp

@AlKepp, puoi acquistare AA a base di litio, credo, costano solo un po 'di più.
Kortuk,

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La teoria sembra corretta, vorrei solo darti un suggerimento: progettare circuiti con un ciclo di lavoro molto basso (il tempo in cui il dispositivo funziona) è normale conoscere il consumo di energia in sospensione (ed è quello che hai fatto, ma suggerirei di misurarlo una volta costruito, poiché ho appena scoperto quanto il design sia influenzato dalla perdita di potenza.

Quindi, ma ciò non richiede la stessa precisione delle correnti più grandi, dovresti provare a misurare l'energia consumata dal dispositivo durante il suo stato attivo. Puoi farlo anche con la breadboard, poiché ciò di cui hai bisogno è una misura della corrente media assorbita e del tempo di accensione del dispositivo (~ 10s).

Quindi puoi sommare le tue energie (o Ah, come desideri), senza preoccuparti del tempo di sovrapposizione.

Ma, proprio ora da una misurazione di questo tipo, non fare troppo affidamento sui valori forniti dalla scheda tecnica e provare se il tuo progetto è in grado di garantire quel valore; per esempio, dovresti controllare accuratamente tutti i pin di uscita del tuo microcontrollore per evitare perdite indesiderate dovute alle interfacce DIO e forse devi lavorare anche con i domini di potenza del microcontrollore stesso. In bocca al lupo!

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