Texas Instruments ist in vielen Halbleitermarktsegmenten führend. In Anlehnung an die Tradition entwickelt das Unternehmen selbst Beispiele für die Verwendung seiner elektronischen Komponenten und veröffentlicht Materialien auf seiner Website: Theorie, Schaltkreise, Referenzdesigns, Schulungsvideos usw. Dort werden auch elektronische Komponenten und fertige Platinen (Entwicklungskits und Werkzeuge) verkauft. TI hat auch ein eigenes e2e.ti.com-Forum und unterstützt eine Drittanbieter-Ressource www.43oh.com für Entwicklungsingenieure und nur Amateure. Er arbeitet aktiv mit Schulen und Colleges zusammen und unterrichtet Mikrocontroller-Programmierung auch für Schüler der Mittelstufe.Trotzdem sind unsere Fans mit den bemerkenswerten Produkten dieser Firma nicht vertraut. Dies ist höchstwahrscheinlich auf den Preis und den fast fehlenden Materialbestand in russischer Sprache zurückzuführen, was das Publikum von Amateuren einschränkt, die mit Halbleiterprodukten von TI vertraut sind. Es gibt auch eine unangenehme Nuance: Einige Dinge werden vom Zoll der Russischen Föderation nicht übersehen, während andere nicht aus den Vereinigten Staaten in die Russische Föderation exportiert werden (und dies ist nicht das Ergebnis der jüngsten Sanktionen - „es ist passiert“). Es gibt jedoch Möglichkeiten, das zu bekommen, was Sie brauchen.Mit diesem Artikel möchte ich Amateurentwickler auf TI-Lösungen aufmerksam machen, die insbesondere für Smart Homes gelten. Eine Reihe von veröffentlichten Artikeln über GT über Smart Home könnte einige interessante Lösungen ausleihen. In dem Artikel avs24rus wurde beispielsweise ein drahtloser Beleuchtungssensor mit CR2450 veröffentlichtIch erinnere mich an eine Diskussion in den Kommentaren: "Wie kann man den Sensor bei extremen Gefriertemperaturen auf die Straße bringen und vergessen?" Batterie, Solarbatterie, Ionistor?Ich schlage vor, die Lösung dieses Problems von TI am Beispiel des Referenzdesigns TIDA-00484 TI-Design kennenzulernen: Der Feuchtigkeits- und Temperatursensor an den elektronischen Komponenten von TI kann mit der beliebten Lithium-Miniaturbatterie CR2032 über 10 Jahre im Bereich von -30 ° C ... 60 ° C betrieben werden. Dies ist durch den Betriebsbereich des CR2032 begrenzt und nicht durch elektronische Komponenten, für die dieser Bereich –40 ° C ... 85 ° C beträgt (für die BR2032-Batterie beträgt der Betriebsbereich -30 ... 85 ° C).TIDA-00484 TI Design :
Gehen wir vom Allgemeinen zum Besonderen. Und zunächst die Eigenschaften von TIDA-00484 TI Design:| Parameter | Beschreibung |
| 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 |
Wir werden die Betriebszeit von einer autonomen Stromquelle bestimmen. Das System kann sich in zwei Zuständen befinden: Ein und Aus. Die Dauer und der durchschnittliche Strom jedes Zustands sind Faktoren, die die Gesamtbetriebsdauer von der Stromquelle bestimmen. Die Zeitberechnung erfolgt nach folgender Formel:
wobei- Batterielebensdauer, geschätzte Batterielebensdauer in Jahren
- Batteriekapazität, mAh
Die wichtigsten Parameter, die sich auf die geschätzte Batterielebensdauer des gesamten Systems auswirken, sind:- Durchschnittliches Einschalten, I ON , in mA
- Pünktlich, T ON , in Sekunden
- Durchschnittlicher Verbrauch in Ruhe, I OFF , in nA
- Ruhezeit, T OFF , in Sekunden
Formel für 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 , seitdem vollständig vom Endbenutzer gesteuert In diesem Fall wacht das Messsystem jede Minute auf und T OFF = 1 Minute - T ON . Die Mindestzeit T ON kann seitdem vom Benutzer kaum beeinflusst werden Sie wird durch die Zeit bestimmt, die erforderlich ist, um das System einzuschalten, Messungen durchzuführen, ein Funkpaket zu senden und das System auszuschalten.Ich gehedefiniert als der durchschnittliche Strom, der von der Batterie im ausgeschalteten Zustand verbraucht wird. Dieser Strom wird normalerweise hauptsächlich durch den Leckstrom durch die Kondensatoren und den Betriebsstrom der Sensoren und Mikrocontrollersysteme bestimmt, die einen Schlafmodus bereitstellen. Die Mikrocontroller von Texas Instruments sind seit langem für ihren extrem niedrigen Stromverbrauch bekannt, dem sich die Wettbewerber nur annähern. Dennoch reicht eine solche rekordverdächtige Effizienz nicht aus, um das Gerät 10 Jahre lang mit dem CR2032-Element zu betreiben. In diesem Referenzdesign wurde ein Verfahren zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit und Temperatur entwickelt, das aufgrund der Verwendung eines Timers im Betriebszyklus des Geräts eine extrem lange Batterielebensdauer erreicht.Die folgende Grafik zeigt zwei Methoden zum Organisieren des Betriebszyklus des Geräts: Verwenden des normalen Ruhemodus des Mikroprozessors (rot) und des Systemtimers (blau). Schwarze gestrichelte Linie - CR2032 vom Hersteller mit einer Lebensdauer von 10 Jahren angegeben.Das Referenzdesign ist zur Verwendung in folgenden Bereichen vorgesehen:- Industrie
- Internet der Dinge (IoT)
- Gebäudeautomation
- Sicherheitssysteme
- HLK-Sensoren
- Intelligente Thermostate
- Batteriebetriebene Systeme
Mal sehen, wie die Aufzeichnungseffizienz dieses Prototypgeräts erreicht wird. Das Gerät besteht aus folgenden Komponenten:| Komponente | Beschreibung |
| TPS61291 | DC-DC-Spannungswandler umgehen |
| Tpl5111 | Systemtimer |
| TPS22860 | Lastschalter |
| HDC1000 | Feuchtigkeits- und Temperatursensor |
| CC1310 | "Drahtloser Controller" |
CC1310 ist ein Multi-Core-Single-Chip-System, ein kostengünstiger, energieeffizienter Wireless-Controller, der für den Betrieb im Sub-GHz-Bereich optimiert ist. Der Hochleistungstransceiver wird von einem dedizierten Cortex-M0- Prozessorkern gesteuert , der Low-Level-Protokolle ausführt, die in sein ROM geflasht werden .Top-Level-Protokolle werden auf einem separaten 32-Bit- Cortex-M3- Prozessorkern mit einer Taktfrequenz von bis zu 48 MHz ausgeführt. Die Sensoren werden von einem unabhängigen Mikropower-Controller (einem 16-Bit-RISC-Prozessor, der mit Frequenzen ab 32 kHz arbeiten kann, während sich der Rest des Systems im Schlaf- oder Standby-Modus befindet) abgefragt, der sowohl mit analogen als auch mit digitalen Sensoren arbeiten kann.
Der Cortex M3-Controller-Kern verfügt über eine Vielzahl von Peripheriegeräten und enthält:- Temperatursensor;
- vier Allzweck-Timermodule (2x16- oder 1x32-Bit mit PWM-Modus);
- 8-Kanal-12-Bit-ADC (bis zu 200 Qui / s);
- Watchdog-Timer;
- analoger Komparator;
- UART, I2C;
- drei SPIs (einer davon ist Mikropower);
- - AES-Modul;
- - 10 ... 31 E / A-Leitungen (abhängig von der aktuellen Konfiguration und dem aktuellen Fall);
- - Unterstützung für bis zu acht kapazitive Tasten
| Parameter | |
Frequenzbereich und
unterstützte
Modulationstypen | Sub 1 GHz: MSK, FSK, GFSK, OOK, ASK, 4GFSK, CPM (geformt 8 FSK) |
| Unterstützte Protokolle | Sterntopologie-Netzwerke: WMBUS, SimpliciTI |
| Flash, kB | 128 |
| RAM, kB | zwanzig |
| Versorgungsspannung | 1,65 ... 3,8 |
| Temperaturbereich, ° C. | 40 ... 85 |
| Empfindlichkeit 2,4 Kbps, dBm | -121 |
| Empfindlichkeit 50 Kbps, dBm | -111 |
| 868 , | 15 |
| , | 400 |
| , | 40 |
| , / | 4 |
| - – 61 A/ (ARM Cortex M3)
- – 0,7 A
- – 5,5 , 12 ( 10 )
|
| 65 |
Die Verwendung des Nanokraft-Timers TPL5111 bietet seitdem einen offensichtlichen Vorteil Tatsächlich kann bis zum Ende der Lebensdauer der Batterie das gesamte Gerät ausgetauscht werden, beispielsweise während der geplanten Reparatur von Räumlichkeiten, der Wartung oder Modernisierung von Geräten. Wenn ein Smart Home selten mehr als zwei solcher Geräte (extern und intern) benötigt, gibt es bei Industrieanlagen, Gebäuden und Lüftungssystemen viel mehr solcher Sensoren, und ihre regelmäßige Wartung kann erhebliche Kosten verursachen.
Wenn Sie nach der obigen Formel berechnen, beträgt das Ergebnis 6,75 Jahre.Die Beschreibung des Arbeitszyklus ist viel kürzer als die Beschreibung des Entwurfs und seiner Eigenschaften.Im eingeschalteten Zustand versorgt der TPL5111-Timer nach einem bestimmten Intervall den Aufwärtswandler TPS61291, der die Ausgangsspannung auf 3,3 Volt erhöht, und den Lastschalter TPS22860, der die erhöhte Ausgangsspannung mit dem Rest des Systems verbindet, mit Strom. Nach dem Auftreten der Versorgungsspannung empfängt CC1310 über I2C die aktuelle Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit vom HDC1000-Sensor, sendet dann ein „nicht verbundenes“ Datenpaket mit diesen Informationen (dh ohne eine Verbindung mit einem Netzwerkknoten zu initialisieren und herzustellen) und signalisiert dann an TPL5111, dass das System ausgeschaltet werden kann.Im ausgeschalteten Zustand trennt der Lastschalter TPS22860 einen Teil des Systems (CC1310- und HDC1000-Geräte) vollständig von der Lithiumbatterie. Die einzigen Stromverbraucher der Lithiumbatterie sind die Lade- und Kondensatorleckströme der Lithiumbatterie, der Betriebsstrom des Timers TPL5111, der Ruhestrom TPS61291 zum Bypass-Modus und der Leckstrom im Lastschalter TPS22860.
Diagramm des Stromverbrauchs der Batterie beim Einschalten des Systems.
Diagramm des Stromverbrauchs der Batterie im ausgeschalteten Zustand des Systems. Logarithmische Skalen.Ein ähnlicher Arbeitszyklus kann in anderen Geräten verwendet werden, z. B. einigen Sensoren für Wasserleckage, Sensoren zum Öffnen und Schließen von Türen usw. Wenn Informationen nicht in Echtzeit benötigt werden und das Stromversorgungsproblem des Geräts Vorrang hat.Das Referenzdesign finden Sie ausführlich in der Dokumentation auf der TI-Website: