Công nghệ kết nối của vô số thiết bị nhúng, từ thiết bị theo dõi sức khỏe và cảm biến nhà thông minh đến các ổ cắm y tế và nút công nghiệp. Đối với các kỹ sư và các nhà phát triển sản xuất, hai máy đo thường quyết định thành công của một thiết kế không dây: phạm vi tín hiệu và tiêu dùng điện lực. đẩy phạm vi quá xa có thể hút pin pin pin hạt nhân trong giờ, trong khi cắt điện năng quá tích cực có thể dẫn đến tái kết nối và mất dữ liệu. Bài báo này trình truy cập kỹ thuật sâu vào các thiết kế thực tiễn, tối ưu, và chiến lược để lấy được hầu hết các hệ thống sử dụng của các pin được đào tạo trong hệ thống.

Hiểu tầm tín hiệu của kết nối kết nối

Các dải kết nối với Wi-Fi, Zigbee và vi sóng. Phạm vi tính có thể chạy phụ thuộc vào lớp kết nối, hiệu suất ăng-ten, nhạy cảm với môi trường và sự đo lường. Thiết bị 2 (thường dùng với + 4 dBm) thường đạt tới 10–30 mét- t- tiềm năng. Hạng 1 có thể đạt tới 100m hoặc hơn, nhưng cần thiết khả năng quản lý để sử dụng các thiết bị di chuyển.

Tuy nhiên, nguồn năng lượng thô chỉ là một mặt của phương trình. Ngân sách liên kết - tổng số điện phát, ăng-ten đạt, và sự nhạy cảm nhận được trừ việc mất đường. Một máy nhận tín hiệu BLE điển hình có độ nhạy cảm khoảng -90 đến -97 dBm. Việc tăng cường ăng-ten có thể mở rộng phạm vi đáng kể mà không cần tăng cường năng lượng tiêu thụ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến phạm vi tín hiệu

  • Thiết lập nguồn điện transmit: Hầu hết các chip BLE hỗ trợ nhiều cấp năng lượng (v. d., -20 dBm + 8 dBm). Quyền lực cao hơn mở rộng phạm vi nhưng tăng lực hiện tại.
  • Chất lượng và vị trí: ) Một ăng ten không khớp có thể phát ra ít hơn 10% của điện. ăng ten PCB theo dõi, ăng ten chip, và các đường kẻ khác nhau có lợi thế và băng thông.
  • chướng ngại vật và sự can thiệp cơ thể: Tường thành, đồ kim loại và cơ thể con người gây phản ánh, sự hấp thụ và giảm dần đa chiều. Ban nhạc 2.4 GHz đặc biệt dễ bị nước và làm giảm sự trì trệ.
  • Ban nhạc tần số và sự đồng nhất: tần số thích ứng (AFH) giúp cho kết nối kết nối kết nối vô tuyến, nhưng việc chuyển đổi Wi-Fi nặng có thể làm giảm phạm vi bằng cách tăng tốc độ.
  • và cấu trúc gói dữ liệu: ) mức dữ liệu cao hơn (LE 2M PHY) giảm thời gian trên không nhưng cũng giảm độ nhạy cảm của bộ nhận bởi khoảng 3-5 dB so với 125 kbps mã hóa PHY, mà mở rộng phạm vi với chi phí thông qua.

Chiến thuật để dùng quyền lực cách hợp nhất

Việc tối ưu điện năng trong thiết bị nhúng kỹ thuật kết nối của kết nối kết nối kết nối vô tuyến là một thử thách đa chiều. Trình thu sóng radio chỉ là một người đóng góp; bộ điều khiển vi điện áp, và ngay cả máy điều khiển điện áp, và cả chồng phần mềm tất cả ảnh hưởng đến đời sống pin. Cách tiếp cận hiệu quả nhất là giảm thiểu thời gian vô tuyến hoạt động trong khi duy trì sự kết nối cần thiết.

Công nghệ quản lý nguồn điện

  • Dùng chế độ kết nối điện thoại thấp:[FLT: 1] chế độ năng lượng thấp (có thể) như LE 1M và LE Mãd cung cấp một cách đáng kể dòng điện trung bình thấp hơn kinh điển. Khoảng quảng cáo hàng trăm phần nghìn giây để giảm chu kỳ làm việc.
  • Chỉ cần truyền năng lượng động: [FLT: 1) thực hiện một thuật toán điều khiển điện đóng và giảm điện TX khi liên kết là mạnh (v. d., RSSI > - 50 dBm) và tăng nó chỉ khi cần thiết. Tính năng này có thể cắt trung bình 30–50% trong viễn cảnh di động.
  • Khoảng thời gian kết nối hiệu quả và giám sát: ) Kết nối dài hơn (v. d., 100–400 ms) giảm tần số thức tỉnh. Thời hạn siêu thời gian chờ nên được đặt vừa đủ dài để tránh ngắt kết nối ngẫu nhiên trong khoảng thời gian ngắn.
  • Hãy sử dụng chế độ giấc ngủ và thức tỉnh theo chế độ: Đặt bộ điều khiển vô trạng thái ngủ sâu giữa các sự kiện kết nối. Dùng bộ thông tin thức tỉnh dựa trên GPIO cho ứng dụng có tính chất cửa.
  • Hãy làm báp têm việc nạp đạn quảng cáo và tần số: ) Giữ ngắn gói quảng cáo và sử dụng quảng cáo mở rộng chỉ khi không đủ tải dữ liệu 31- byte. Giảm khoảng quảng cáo khi thiết bị có chức năng tiết kiệm điện.

Công nghệ quản lý nguồn điện cao cấp

Ngoài các thiết lập cơ bản, các nhà phát triển có thể tăng cường tính năng BLE. Tính năng [FLT: 0]: 0] [FLT: 1] [phần của kết nối kết nối bằng kết nối vô tuyến 5.2) cho phép một ngoại vi yêu cầu trung tâm tăng hay giảm điện năng dựa trên tín hiệu đã nhận. Tương tự, Kênh [FLT:]

Một khu vực khác thường bị bỏ qua là chồng phần mềm. Ô nhiễm chức năng ngắt quãng hoặc sử dụng các cuộc gọi chặn có thể giữ CPU trong chế độ hoạt động lâu hơn cần thiết. Dùng thiết thiết thiết, không chặn, không chặn các hệ thống APIs và dành một đồng hồ thời gian ít kết nối.

Giữ thăng bằng về phạm vi và quyền lực

Sự trao đổi cổ điển: tăng điện năng kéo dài phạm vi nhưng ngắn hạn tuổi tác bộ ắc quy. Để hình dung điều này, hãy xem một thiết bị BLE với ắc quy 500 m Ah. Tại +4 dBm (2.5 mA TX) dòng điện, một sự kiện kết nối tăng 30 ms mỗi 100 ms cung cấp một dòng điện trung bình khoảng 1.5 mA (bao gồm MCU và đầu đạn), cung cấp khoảng 330 giờ sử dụng liên tục. Tại + 8 dBm (5 m) thời gian hiện tại, tuổi thọ giảm xuống khoảng 180 giờ. Trong khi đó, khoảng cách kết nối giảm xuống 5m (cho trường hợp trung bình có thể sử dụng 10m/h) để tăng hay hơn.

Do đó, các nhà thiết kế phải xác định phạm vi [FLT: 0] chấp nhận [FLT: 0] [FLT: 1] cho sản phẩm cuối. Trong một bộ điều chỉnh thông minh, mất kết nối với nhau ở 20 mét có thể được chấp nhận nếu thiết bị luôn luôn trong vòng 10 mét của cổng. Trong một bộ theo dõi sức khỏe cần phải truyền dữ liệu liên tục, phạm vi có thể cần được ưu tiên bất chấp giá điện.

Thiết kế giao dịch thực tế

  • Năng lượng TX cố định chống lại sức mạnh cao:) cố định quyền năng cao (~ + 8 dBm) đơn giản hơn nhưng lãng phí hơn khi người nhận ở gần. Các thuật toán thích ứng đòi hỏi đo lường RSSI và vòng điều khiển, thêm 2–5 KB của phần mềm công ty chi phí.
  • Chọn Antenna:) Một ăng ten bằng con chip gốm tiết kiệm không gian bảng nhưng thường có -2 đến -4 dBi thu được. Một nút đơn kênh bên ngoài với + 2 dBi thu được có thể mở rộng phạm vi bằng 4–6 dB mà không tăng dòng điện TX.
  • Lựa chọn của PHY: LE Coded PHY (S=8) gấp ba lần LE 1M PHY bằng cách sử dụng mã lập trình lặp đi lặp lại, nhưng giảm dữ liệu thông qua và tăng thời gian không, tiềm năng tăng dòng điện trung bình cho chuyển dữ liệu lớn.
  • Trình quản lý xe cộ [FLT: 1] hỗ trợ chế độ "sniff" nơi radio thức dậy ngắn để nghe gói thức tỉnh. Tính năng này sử dụng ít năng lượng hơn so với việc bỏ phiếu không hoạt động.

Xem xét ứng dụng thật

Thích nghi môi trường

Thiết bị nhúng hoạt động trong môi trường đa dạng. Một thiết bị mặc mặc trên cơ thể con người sẽ trải qua 5–15 dB của sự hấp thụ nước và mô. Cảm biến công nghiệp Iot nằm sau các rào sắt có thể cần phải dựa vào ăng ten bên ngoài. Thêm một [FLT: 0] bộ theo dõi thời gian [FLT: 1] cho phép thiết bị thích nghi: trong vùng tín hiệu mạnh, TX và khoảng cách kết nối mở rộng; trong vùng yếu, tăng cường quyền lực hoặc chuyển đổi sang mã hoá.

Thiết kế Antenna Mẹo cho các kỹ sư nhúng

Antenna thường là mối liên kết yếu nhất trong chuỗi, theo những quy tắc này để tránh lãng phí quyền lực:

  • Đặt ăng ten ở rìa của máy PCB, với độ trống mặt đất là 5mm.
  • Dùng một hệ thống điều chỉnh 50 ohms tại 2.45 GHz. một vài hình ảnh của máy tính đi lạc có thể thay đổi tần số cộng hưởng của 10 chiếc MHz.
  • Tránh chạy các dấu vết số tốc độ cao gần đường ăng ten thậm chí một mm có thể gây ra sự ngắt kết nối.
  • Đối với thiết bị pin với một mặt phẳng nhỏ, hãy cân nhắc sử dụng một IFA (Ivered-F Antenna) hoặc một nút đơn thời. Những thiết bị này cung cấp hiệu suất tốt hơn một đường dẫn máy tính xách tay đơn giản.

Hợp tác với những công nghệ khác không dây

Trong nhiều sản phẩm, kỹ thuật viên dùng chung nhóm với Wi-Fi hoặc Zagbee.

  • Một dự án dự báo tương đương (AFH): ) LE sẽ tự động bỏ qua kênh được dùng bởi Wi-Fi nếu các chipet hỗ trợ nó. Kiểm tra AFH được bật và không quá tải trong chồng.
  • Sự tách thời gian: Một số chip cho phép một cái kẹp đồng thời (v. d., BT ACTIVE) để truyền tải thời gian khi Wi-Fi không hoạt động.
  • Chia sẻ một ăng ten duy nhất:) Dùng một công tắc RF với sự cô lập thích đáng để tránh cháy điện thông qua rò rỉ. Cần phải kết hợp bộ điều khiển vào bộ điều khiển.

Kết luận

Việc sử dụng điện năng cho các thiết bị nhúng không phải là một tập thể dục cỡ một. Nó đòi hỏi sự hiểu biết tỉ mỉ về môi trường radio, ăng-ten, thiết kế ăng-ten, tùy chọn xử lý các trường hợp động lực đặc biệt. Bằng cách áp dụng tính năng thấp của BLE, sử dụng năng lượng TX, chọn đúng ăng ten, và cân chỉnh các thông tin kết nối, các kỹ sư có thể xây dựng các sản phẩm không dây cáp mạnh trong khi cung cấp pin cho phép. Các thiết kế tốt nhất xử lý và không phải là lực lượng đối lập, mà có thể là các biến cân bằng thông qua cấu trúc thông minh.

Để đọc thêm, hãy tham khảo ý kiến « Tính năng cơ học ) ) để biết thêm chi tiết về tham số điều khiển và tham số điều khiển sức mạnh , và xem lại các ghi chú ứng dụng từ các nhà cung cấp silicon như ) bộ phận phân loại [FLT:] [FLT:] và [FT:4] [FL:4], TT] để thực hiện những hướng dẫn thực hiện thực tế. Những nhà thiết kế làm ăng ten có thể được lợi ích từ những hướng dẫn tương ứng trong bản thiết kế [L: giấy trắng [L: BL] [T].R.