تعتبر شركة Texas Instruments رائدة في العديد من قطاعات سوق أشباه الموصلات. باتباع التقليد ، تطور الشركة نفسها أمثلة على استخدام مكوناتها الإلكترونية وتنشر المواد على موقعها على الإنترنت: النظرية والدوائر والتصميمات المرجعية ومقاطع الفيديو التدريبية وما إلى ذلك. كما يتم بيع المكونات الإلكترونية واللوحات النهائية (مجموعات وأدوات التطوير) هناك. تمتلك TI أيضًا منتدى e2e.ti.com الخاص بها وتدعم موردًا من طرف ثالث www.43oh.com لمهندسي التنمية والهواة فقط. وهو يعمل بنشاط مع المدارس والكليات ، حيث يقوم بتدريس برمجة وحدة التحكم الدقيقة حتى طلاب المدارس الإعدادية.ومع ذلك ، فإن معجبينا ليسوا على دراية بالمنتجات الرائعة لهذه الشركة. على الأرجح ، يرجع ذلك إلى السعر ونقص المواد تقريبًا باللغة الروسية ، مما يحد من جمهور العشاق المطلعين على منتجات أشباه الموصلات من TI. هناك أيضًا فارق بسيط واحد مزعج - بعض الأشياء لن تفوتها جمارك الاتحاد الروسي ، بينما لا يتم تصدير أشياء أخرى من الولايات المتحدة إلى الاتحاد الروسي (وهذا ليس نتيجة للعقوبات الأخيرة - "حدث"). ومع ذلك ، هناك طرق للحصول على ما تحتاج إليه.مع هذا المقال ، أود أن ألفت انتباه المطورين الهواة إلى حلول TI ، على وجه الخصوص ، التي تنطبق على المنازل الذكية. يمكن لعدد من المقالات المنشورة حول GT حول المنزل الذكي استعارة بعض الحلول المثيرة للاهتمام. على سبيل المثال ، نشرت المقالة avs24rus مستشعر إضاءة لاسلكي يعمل بواسطة CR2450، سبب ، أتذكر ، نقاشًا في التعليقات: "كيف تجعل المستشعر" ينسى وينسى "في الشارع في ظروف درجات حرارة شديدة البرودة؟ بطارية ، بطارية شمسية ، أيونستور؟أقترح التعرف على حل هذه المشكلة من TI من خلال مثال التصميم المرجعي TIDA-00484 TI Design: يمكن تشغيل مستشعر الرطوبة ودرجة الحرارة في المكونات الإلكترونية TI بواسطة بطارية الليثيوم المصغرة الشهيرة CR2032 لأكثر من 10 سنوات في نطاق -30 درجة مئوية ... 60 درجة مئوية ، الذي يقتصر على نطاق التشغيل CR2032 ، وليس المكونات الإلكترونية التي يكون هذا النطاق لها -40 درجة مئوية ... 85 درجة مئوية (للبطارية BR2032 ، نطاق التشغيل هو -30 ... 85 درجة مئوية).TIDA-00484 TI Design :
دعنا ننتقل من عام إلى خاص. أولاً ، خصائص TIDA-00484 TI Design:| المعلمات | وصف |
| CR2032 ( 240 ) |
| |
| ± 0,2°C |
| ± 3% |
| |
| 3,376 |
| 0,03 |
| 269,75 |
| 59,97 |
| 11,90 |
| –30°C 60°C ( CR2032) |
| |
| 3,81 × 7,62 |
سنحدد وقت التشغيل من مصدر طاقة مستقل. يمكن أن يكون النظام في حالتين: تشغيل وإيقاف. تعتبر المدة ومتوسط التيار لكل حالة عاملين يحددان إجمالي مدة التشغيل من مصدر الطاقة. يتم حساب الوقت بالصيغة التالية:
أين- عمر البطارية ، يقدر عمر البطارية بالسنوات
- قدرة البطارية ، ماه
والمعلمات الرئيسية التي تؤثر على عمر البطارية المقدر للنظام بأكمله هي:- متوسط الطاقة ، أنا ON ، في مللي أمبير
- في الوقت المحدد ، T ON ، بالثواني
- متوسط الاستهلاك في حالة الراحة ، I OFF ، غير متوفر
- وقت الراحة ، T OFF ، بالثواني
صيغة لبرنامج Excel. B9..B13
Battery capacity, mAh
B9=240
I on, mA
B10=3,376
T on, s
B11= 0,03
I off, nA
B12=269,75
T off, s
B13= 59,97
Battery life,
=B9/((B10*B11+B12*B13*0,000001)/(B11+B13))*0,85/8760
Battery life 11,89
T OFF ، يتحكم فيه المستخدم بالكامل منذ ذلك الحين في هذه الحالة ، يستيقظ نظام القياس كل دقيقة و T OFF = 1 دقيقة - T ON . لا يمكن أن يتأثر المستخدم بالوقت الأدنى T ON منذ ذلك الحين يتم تحديده بالوقت اللازم لتشغيل النظام ، وأخذ القياسات ، وإرسال حزمة الراديو وإيقاف تشغيل النظام.أنا خارجيعرف بأنه متوسط التيار الذي تستهلكه البطارية في حالة إيقاف التشغيل. عادة ما يتم تحديد هذا التيار بشكل رئيسي من خلال تيار التسرب من خلال المكثفات والتيار التشغيلي لأجهزة الاستشعار وأنظمة التحكم الدقيقة التي توفر وضع السكون. لطالما كانت أجهزة التحكم الدقيقة في Texas Instruments معروفة باستهلاك الطاقة المنخفض للغاية ، وهو ما يقترب منه المنافسون ، على الرغم من ذلك ، حتى هذه الكفاءة المحطمة للأرقام القياسية ليست كافية لتشغيل الجهاز من عنصر CR2032 لمدة 10 سنوات. في هذا التصميم المرجعي ، تم تطوير طريقة لقياس الرطوبة النسبية للهواء المحيط ودرجة الحرارة ، مما يحقق عمر بطارية طويل للغاية بسبب استخدام جهاز ضبط الوقت في دورة تشغيل الجهاز.يوضح الرسم البياني التالي طريقتين لتنظيم دورة تشغيل الجهاز - باستخدام وضع السكون العادي للمعالج الصغير (الأحمر) ومؤقت النظام (الأزرق). الخط المتقطع الأسود - أعلن CR2032 عن عمر خدمة الشركة المصنعة لمدة 10 سنوات.التصميم المرجعي مخصص للاستخدام في:- صناعة
- إنترنت الأشياء (IoT)
- التشغيل الآلي للمبنى
- انظمة حماية
- أجهزة استشعار HVAC
- ترموستات ذكية
- أنظمة تعمل بالبطارية
دعونا نرى كيف يتم الحصول على كفاءة التسجيل لهذا الجهاز النموذجي. تم بناء الجهاز باستخدام المكونات التالية:| مكون | وصف |
| TPS61291 | تجاوز محول DC-DC الجهد |
| Tpl5111 | مؤقت النظام |
| TPS 22860 | تبديل الحمل |
| HDC1000 | جهاز استشعار الرطوبة ودرجة الحرارة |
| CC1310 | "وحدة التحكم اللاسلكية" |
CC1310 هو نظام أحادي النواة متعدد الرقائق ، وهو وحدة تحكم لاسلكية منخفضة التكلفة وموفرة للطاقة ، ومحسّن للعمليات في نطاق GHz الفرعي. يتم التحكم في جهاز الإرسال / الاستقبال عالي الأداء من خلال معالج Cortex-M0 مخصص ، والذي يعمل على تشغيل بروتوكولات ذات مستوى منخفض يتم وميضها في ذاكرة القراءة فقط . يتم تنفيذبروتوكولات المستوى الأعلى على معالج منفصل Cortex-M3 32 بت بتردد ساعة يصل إلى 48 ميجاهرتز. يتم التحكم في المستشعرات بواسطة وحدة تحكم مستقلة للطاقة الصغيرة (معالج RISC 16 بت قادر على العمل بترددات من 32 كيلو هرتز بينما يكون باقي النظام في وضع السكون أو الاستعداد) ، والذي يمكن أن يعمل مع كل من المستشعرات التناظرية والرقمية.
تحتوي وحدة تحكم Cortex M3 على مجموعة غنية من الأجهزة الطرفية وتحتوي على:- جهاز استشعار درجة الحرارة؛
- أربع وحدات توقيت للأغراض العامة (2x16- أو 1x32 بت مع وضع PWM) ؛
- 8 قنوات 12 بت ADC (حتى 200 qui / s) ؛
- مؤقت جهاز المراقبة؛
- مقارن تناظري
- UART ، I2C ؛
- ثلاثة SPIs (واحد منهم هو الطاقة الصغيرة) ؛
- - وحدة AES ؛
- - 10 ... 31 خط إدخال / إخراج (اعتمادًا على التكوين الحالي والحالة) ؛
- - دعم ما يصل إلى ثمانية أزرار سعوية
| معامل | |
نطاق التردد
وأنواع
التعديل المدعومة | 1 جيجاهرتز فرعية: MSK و FSK و GFSK و OOK و ASK و 4GFSK و CPM (على شكل 8 FSK) |
| البروتوكولات المدعومة | شبكات طوبولوجيا النجوم: WMBUS ، SimpliciTI |
| فلاش ، كيلو بايت | 128 |
| رام ، كيلو بايت | عشرون |
| مصدر التيار | 1.65 ... 3.8 |
| نطاق درجة الحرارة ، درجة مئوية | 40 ... 85 |
| الحساسية 2.4 كيلوبت في الثانية ، ديسيبل | -121 |
| حساسية 50 كيلوبت في الثانية ، ديسيبل | -111 |
| 868 , | 15 |
| , | 400 |
| , | 40 |
| , / | 4 |
| - – 61 A/ (ARM Cortex M3)
- – 0,7 A
- – 5,5 , 12 ( 10 )
|
| 65 |
يوفر استخدام TPL5111 nanopower timer ميزة واضحة منذ ذلك الحين في الواقع ، بنهاية عمر البطارية ، يمكن استبدال الجهاز بالكامل ، على سبيل المثال ، أثناء الإصلاح المقرر للمباني أو صيانة المعدات أو تحديثها. إذا كان المنزل الذكي نادرًا ما يحتاج إلى أكثر من جهازين (خارجي وداخلي) ، فعندئذ في حالة المنشآت الصناعية والمباني وأنظمة التهوية ، سيكون هناك المزيد من أجهزة الاستشعار هذه ويمكن أن تكون صيانتها الدورية نفقة خطيرة.
إذا قمت بالحساب بالصيغة أعلاه ، فستكون النتيجة 6.75 سنة.وصف دورة العمل أقصر بكثير من وصف التصميم وخصائصه.في حالة التشغيل ، بعد فترة زمنية معينة ، يوفر موقت TPL5111 الطاقة لمحول تعزيز TPS61291 ، الذي يرفع جهد الخرج إلى 3.3 فولت وإلى مفتاح الحمل TPS22860 ، الذي يربط جهد الخرج المتزايد ببقية النظام. بعد ظهور جهد الإمداد ، يتلقى CC1310 عبر I2C درجة الحرارة الحالية والرطوبة النسبية من مستشعر HDC1000 ، ثم يرسل حزمة بيانات "غير متصلة" مع هذه المعلومات (أي بدون تهيئة وإنشاء اتصال بأي عقدة شبكة) ، ثم يشير إلى TPL5111 أنه يمكن إيقاف تشغيل النظام.في حالة إيقاف التشغيل ، يقوم مفتاح تحميل TPS22860 بفصل جزء من النظام تمامًا (أجهزة CC1310 و HDC1000) عن بطارية الليثيوم. المستهلكون الحاليون الوحيدون لبطارية الليثيوم هم تيارات التسرب والمكثف لبطارية الليثيوم ، والتيار التشغيلي للمؤقت TPL5111 ، والتيار الهادئ TPS61291 لتجاوز الوضع ، وتيار التسرب في مفتاح الحمل TPS22860.
رسم بياني للاستهلاك الحالي من البطارية عند تشغيل النظام.
رسم بياني للاستهلاك الحالي من البطارية في حالة إيقاف تشغيل النظام. جداول لوغاريتمية.يمكن استخدام دورة عمل مماثلة في أجهزة أخرى ، على سبيل المثال ، بعض أجهزة استشعار تسرب المياه ، وأجهزة استشعار لفتح وإغلاق الأبواب ، إلخ. عندما تكون المعلومات غير مطلوبة في الوقت الفعلي ، وتكون الأولوية لمشكلة الطاقة في الجهاز.يمكن العثور على التصميم المرجعي بالتفصيل في الوثائق الموجودة على موقع TI: