Texas Instruments es líder en muchos segmentos del mercado de semiconductores. Siguiendo la tradición, la propia empresa desarrolla ejemplos del uso de sus componentes electrónicos y publica materiales en su sitio web: teoría, circuitos, diseños de referencia, videos de capacitación, etc. Los componentes electrónicos y tableros terminados (kits de desarrollo y herramientas) también se venden allí. TI también tiene su propio foro e2e.ti.com y admite un recurso de terceros www.43oh.com para ingenieros de desarrollo y aficionados. Trabaja activamente con escuelas y universidades, enseñando programación de microcontroladores incluso a estudiantes de secundaria.Sin embargo, nuestros fanáticos no están familiarizados con los notables productos de esta empresa. Lo más probable es que esto se deba al precio y la casi falta de materiales en ruso, lo que limita la audiencia de aficionados que están familiarizados con los productos semiconductores de TI. También hay un matiz desagradable: las costumbres de la Federación de Rusia no pasarán por alto algunas cosas, mientras que otras no se exportan desde los Estados Unidos a la Federación de Rusia (y esto no es el resultado de sanciones recientes: "sucedió"). Sin embargo, hay formas de obtener lo que necesita.Con este artículo quiero llamar la atención de los desarrolladores aficionados sobre las soluciones de TI, en particular, aplicables a los hogares inteligentes. Varios artículos publicados sobre GT sobre el hogar inteligente podrían tomar prestadas algunas soluciones interesantes. Por ejemplo, el artículo avs24rus publicó Wireless Lighting-Sensor con tecnología CR2450, causé, recuerdo, una discusión en los comentarios: "¿Cómo hacer que el sensor" se ponga y se olvide "en la calle en condiciones de temperaturas extremadamente bajas? ¿Batería, batería solar, ionistor?Propongo que TI conozca la solución a este problema con el ejemplo del diseño de referencia TIDA-00484 Diseño de TI: el sensor de humedad y temperatura de los componentes electrónicos de TI puede funcionar con la popular batería en miniatura de litio CR2032 durante más de 10 años en el rango de -30 ° C ... 60 ° C , que está limitado por el rango operativo del CR2032, y no por componentes electrónicos para los que este rango es –40 ° C ... 85 ° C (para la batería BR2032, el rango operativo es -30 ... 85 ° C).TIDA-00484 Diseño de TI : pasemos
de lo general a lo particular. Y primero, las características de TIDA-00484 TI Design:| Parámetros | Descripción |
| 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 |
Determinaremos el tiempo de funcionamiento de una fuente de energía autónoma. El sistema puede estar en dos estados: encendido y apagado. La duración y la corriente promedio de cada estado son factores que determinan la duración total de la operación desde la fuente de energía. El cálculo del tiempo se realiza de acuerdo con la siguiente fórmula:
donde- Duración de la batería, duración estimada de la batería en años.
- Capacidad de la batería, mAh
Y los parámetros principales que afectan la vida útil estimada de la batería de todo el sistema son:- Potencia promedio encendida, I ENCENDIDA , en mA
- A tiempo, T ON , en segundos
- Consumo medio en reposo, I OFF , en nA
- Tiempo de reposo, T OFF , en segundos.
Fórmula para 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 , totalmente controlado por el usuario final desde en este caso, el sistema de medición se activa cada minuto y T OFF = 1 minuto - T ON . El tiempo mínimo T ON apenas puede ser influenciado por el usuario desde está determinado por el tiempo necesario para encender el sistema, tomar medidas, transmitir un paquete de radio y apagar el sistema.Yo fueradefinido como la corriente promedio consumida por la batería en el estado apagado. Esta corriente generalmente está determinada principalmente por la corriente de fuga a través de los condensadores y la corriente de funcionamiento de los sensores y sistemas de microcontroladores que proporcionan un modo de suspensión. Los microcontroladores de Texas Instruments han sido conocidos por su consumo de energía ultra bajo, al cual los competidores solo se están acercando, sin embargo, incluso esa eficiencia récord no es suficiente para operar el dispositivo desde el elemento CR2032 durante 10 años. Este diseño de referencia ha desarrollado un método para medir la humedad relativa del aire y la temperatura ambiente, que logra una vida útil de la batería extremadamente larga debido al uso de un temporizador en el ciclo de funcionamiento del dispositivo.El siguiente gráfico muestra dos métodos para organizar el ciclo operativo del dispositivo: usar el modo de suspensión normal del microprocesador (rojo) y el temporizador del sistema (azul). Línea discontinua negra: CR2032 declarada por el fabricante con una vida útil de 10 años.El diseño de referencia está destinado a usarse en:- Industria
- Internet de las cosas (IoT)
- Automatización de edificios
- Sistemas de seguridad
- Sensores HVAC
- Termostatos inteligentes
- Sistemas con pilas
Veamos cómo se obtiene la eficiencia récord de este prototipo de dispositivo. El dispositivo está construido con los siguientes componentes:| Componente | Descripción |
| TPS61291 | Bypass DC-DC convertidor de voltaje |
| Tpl5111 | Temporizador del sistema |
| TPS22860 | Interruptor de carga |
| HDC1000 | Sensor de humedad y temperatura. |
| CC1310 | "Control inalámbrico" |
CC1310 es un sistema de un solo chip multinúcleo, un controlador inalámbrico de bajo costo y eficiente en energía, optimizado para operaciones en el rango de sub-GHz. Un transceptor de alto rendimiento está controlado por un núcleo de procesador Cortex-M0 dedicado , que ejecuta protocolos de bajo nivel que se actualizan en su ROM .Los protocolos de nivel superior se ejecutan en un núcleo de procesador Cortex-M3 de 32 bits separado con una frecuencia de reloj de hasta 48 MHz. Los sensores son sondeados por un controlador de micro potencia independiente (un procesador RISC de 16 bits capaz de operar a frecuencias de 32 kHz mientras el resto del sistema está en modo de reposo o en espera), que puede funcionar con sensores tanto analógicos como digitales.
El núcleo del controlador Cortex M3 tiene un rico conjunto de periféricos y contiene:- sensor de temperatura;
- cuatro módulos temporizadores de uso general (2x16- o 1x32 bits con modo PWM);
- ADC de 8 canales y 12 bits (hasta 200 qui / s);
- temporizador de vigilancia;
- comparador analógico;
- UART, I2C;
- tres SPI (uno de ellos es micropoder);
- - módulo AES;
- - 10 ... 31 líneas de E / S (según la configuración actual y el caso);
- - Soporte para hasta ocho botones capacitivos
| Parámetro | |
Rango de frecuencia y
tipos de
modulación compatibles | Sub 1 GHz: MSK, FSK, GFSK, OOK, ASK, 4GFSK, CPM (en forma de 8 FSK) |
| Protocolos Soportados | Redes de topología en estrella: WMBUS, SimpliciTI |
| Flash, kB | 128 |
| RAM, kB | veinte |
| Tensión de alimentación | 1,65 ... 3,8 |
| Rango de temperatura, ° C | 40 ... 85 |
| Sensibilidad 2.4 Kbps, dBm | -121 |
| Sensibilidad 50 Kbps, dBm | -111 |
| 868 , | 15 |
| , | 400 |
| , | 40 |
| , / | 4 |
| - – 61 A/ (ARM Cortex M3)
- – 0,7 A
- – 5,5 , 12 ( 10 )
|
| 65 |
El uso del temporizador de potencia nano TPL5111 proporciona una ventaja obvia ya que de hecho, al final de la vida útil de la batería, se puede reemplazar todo el dispositivo, por ejemplo, durante la reparación programada de las instalaciones, el mantenimiento o la modernización de los equipos. Si una casa inteligente rara vez necesita más de dos dispositivos (externos e internos), en el caso de instalaciones industriales, edificios y sistemas de ventilación, habrá muchos más sensores y su mantenimiento periódico puede ser un gasto serio.
Si calcula con la fórmula anterior, el resultado será 6.75 años.La descripción del ciclo de trabajo es mucho más corta que la descripción del diseño y sus características.En el estado encendido, después de un cierto intervalo, el temporizador TPL5111 suministra energía al convertidor de refuerzo TPS61291, que eleva el voltaje de salida a 3,3 voltios y al interruptor de carga TPS22860, que conecta el voltaje de salida aumentado al resto del sistema. Después de la aparición de la tensión de alimentación, CC1310 a través de I2C recibe la temperatura actual y la humedad relativa del sensor HDC1000, luego transmite un paquete de datos "no conectado" con esta información (es decir, sin inicializar y establecer una conexión con ningún nodo de red), y luego envía señales a TPL5111 que el sistema se puede apagar.En el estado apagado, el interruptor de carga TPS22860 desconecta completamente parte del sistema (dispositivos CC1310 y HDC1000) de la batería de litio. Los únicos consumidores actuales de la batería de litio son las corrientes de recarga y de fuga del condensador de la batería de litio, la corriente de funcionamiento del temporizador TPL5111, la corriente de reposo del TPS61291 al modo de derivación y la corriente de fuga del interruptor de carga TPS22860.
Gráfico del consumo de corriente de la batería cuando el sistema está encendido.
Gráfico del consumo actual de la batería en el estado apagado del sistema. Escalas logarítmicas.Se puede usar un ciclo de trabajo similar en otros dispositivos, por ejemplo, algunos sensores para fugas de agua, sensores para abrir y cerrar puertas, etc. donde no se requiere información en tiempo real, y el problema de alimentación del dispositivo tiene prioridad.El diseño de referencia se puede encontrar en detalle en la documentación en el sitio web de TI: