Texas Instruments est un leader dans de nombreux segments de marché des semi-conducteurs. Conformément à la tradition, l'entreprise développe elle-même des exemples d'utilisation de ses composants électroniques et publie des documents sur son site Web: théorie, circuits, conceptions de référence, vidéos de formation, etc. Des composants électroniques et des cartes finies (kits de développement et outils) y sont également vendus. TI a également son propre forum e2e.ti.com et prend en charge une ressource tierce www.43oh.com pour les ingénieurs de développement et les amateurs. Il travaille activement avec les écoles et les collèges, enseignant la programmation des microcontrôleurs même aux élèves du premier cycle du secondaire.Néanmoins, nos fans ne connaissent pas les produits remarquables de cette société. Très probablement, cela est dû au prix et au manque presque total de matériaux en russe, ce qui limite le public d'amateurs qui connaissent les produits semi-conducteurs de TI. Il y a aussi une nuance désagréable - certaines choses ne manqueront pas aux douanes de la Fédération de Russie, tandis que d'autres ne sont pas exportées des États-Unis vers la Fédération de Russie (et ce n'est pas le résultat de sanctions récentes - «c'est arrivé»). Cependant, il existe des moyens d'obtenir ce dont vous avez besoin.Avec cet article, je souhaite attirer l'attention des développeurs amateurs sur les solutions TI, en particulier, applicables aux maisons intelligentes. Un certain nombre d'articles publiés sur GT sur la maison intelligente pourraient emprunter des solutions intéressantes. Par exemple, l'article avs24rus a publié Wireless Lighting-Sensor alimenté par CR2450, a provoqué, je m'en souviens, une discussion dans les commentaires: "Comment faire" mettre et oublier "le capteur dans la rue dans des conditions de températures glaciales extrêmes? Batterie, batterie solaire, ionistance?Je propose de me familiariser avec la solution à ce problème de TI par l'exemple de la conception de référence TIDA-00484 Conception TI: Le capteur d'humidité et de température sur les composants électroniques de TI peut fonctionner sur la batterie miniature au lithium CR2032 pendant plus de 10 ans dans la plage de -30 ° C ... 60 ° C , qui est limitée par la plage de fonctionnement du CR2032, et non par les composants électroniques pour lesquels cette plage est de –40 ° C ... 85 ° C (pour la batterie BR2032, la plage de fonctionnement est de -30 ... 85 ° C).TIDA-00484 TI Design :
Passons du général au particulier. Et d'abord, les caractéristiques de la conception TIDA-00484 TI:| Paramètres | La description |
| 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 |
Nous déterminerons le temps de fonctionnement à partir d'une source d'alimentation autonome. Le système peut être dans deux états: allumé et éteint. La durée et le courant moyen de chaque état sont des facteurs qui déterminent la durée totale de fonctionnement à partir de la source d'alimentation. Le calcul du temps est effectué selon la formule suivante:
où- Durée de vie de la batterie, durée de vie estimée de la batterie en années
- Capacité de la batterie, mAh
Et les principaux paramètres qui affectent la durée de vie estimée de la batterie de l'ensemble du système sont:- Puissance moyenne allumée , I ON , en mA
- À l'heure, T ON , en secondes
- Consommation moyenne au repos, I OFF , en nA
- Temps de repos, T OFF , en secondes
Formule pour 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 , entièrement contrôlé par l'utilisateur final depuis dans ce cas, le système de mesure se réveille toutes les minutes et T OFF = 1 minute - T ON . Le temps minimum T ON peut difficilement être influencé par l'utilisateur car il est déterminé par le temps nécessaire pour allumer le système, prendre des mesures, transmettre un paquet radio et éteindre le système.Je parsdéfini comme le courant moyen consommé par la batterie à l'état éteint. Ce courant est généralement déterminé principalement par le courant de fuite à travers les condensateurs et le courant de fonctionnement des capteurs et des systèmes de microcontrôleurs qui fournissent un mode veille. Les microcontrôleurs Texas Instruments sont connus depuis longtemps pour leur très faible consommation d'énergie, ce à quoi les concurrents se rapprochent, néanmoins, même une telle efficacité record n'est pas suffisante pour faire fonctionner l'appareil à partir de l'élément CR2032 pendant 10 ans. Dans cette conception de référence, une méthode a été développée pour mesurer l'humidité relative de l'air ambiant et de la température, ce qui permet une durée de vie de la batterie extrêmement longue grâce à l'utilisation d'une minuterie dans le cycle de fonctionnement de l'appareil.Le graphique suivant montre deux méthodes d’organisation du cycle de fonctionnement de l’appareil - en utilisant le mode de veille normal du microprocesseur (rouge) et la minuterie système (bleu). Ligne pointillée noire - CR2032 déclarée par le fabricant durée de vie de 10 ans.La conception de référence est destinée à être utilisée dans:- Industrie
- Internet des objets (IoT)
- Automatisation du bâtiment
- Systèmes de sécurité
- Capteurs HVAC
- Thermostats intelligents
- Systèmes alimentés par batterie
Voyons comment l'efficacité record de ce prototype est obtenue. L'appareil est construit à l'aide des composants suivants:| Composant | La description |
| TPS61291 | Convertisseur de tension DC-DC bypass |
| Tpl5111 | Minuterie système |
| TPS22860 | Interrupteur de charge |
| HDC1000 | Capteur d'humidité et de température |
| CC1310 | "Manette sans fil" |
Le CC1310 est un système monopuce multicœur , un contrôleur sans fil écoénergétique à faible coût, optimisé pour les opérations dans la gamme sub-GHz. Un émetteur-récepteur hautes performances est contrôlé par un cœur de processeur Cortex-M0 dédié , qui exécute des protocoles de bas niveau qui sont flashés dans sa ROM .Les protocoles de niveau supérieur sont exécutés sur un cœur de processeur Cortex-M3 32 bits distinct avec une fréquence d'horloge allant jusqu'à 48 MHz. Les capteurs sont interrogés par un contrôleur de micropuissance indépendant (un processeur RISC 16 bits capable de fonctionner à des fréquences de 32 kHz tandis que le reste du système est en mode veille ou veille), qui peut fonctionner avec des capteurs analogiques et numériques.
Le noyau du contrôleur Cortex M3 dispose d'un riche ensemble de périphériques et contient:- capteur de température;
- quatre modules de temporisation à usage général (2x16 ou 1x32 bits avec mode PWM);
- CAN 8 bits 12 bits (jusqu'à 200 qui / s);
- minuterie de surveillance;
- comparateur analogique;
- UART, I2C;
- trois SPI (dont l'un est micropuissance);
- - module AES;
- - 10 ... 31 lignes d'E / S (en fonction de la configuration actuelle et du boîtier);
- - prise en charge de jusqu'à huit boutons capacitifs
| Paramètre | |
Gamme de fréquences et
types de
modulation pris en charge | Sub 1 GHz: MSK, FSK, GFSK, OOK, ASK, 4GFSK, CPM (en forme 8 FSK) |
| Protocoles pris en charge | Réseaux de topologie en étoile: WMBUS, SimpliciTI |
| Flash, kB | 128 |
| RAM, ko | vingt |
| Tension d'alimentation | 1,65 ... 3,8 |
| Plage de température, ° C | 40 ... 85 |
| Sensibilité 2,4 Kbps, dBm | -121 |
| Sensibilité 50 Kbps, dBm | -111 |
| 868 , | 15 |
| , | 400 |
| , | 40 |
| , / | 4 |
| - – 61 A/ (ARM Cortex M3)
- – 0,7 A
- – 5,5 , 12 ( 10 )
|
| 65 |
L'utilisation de la minuterie nanopuissance TPL5111 offre un avantage évident car en effet, à la fin de la vie de la batterie, l'ensemble de l'appareil peut être remplacé, par exemple, lors de la réparation programmée des locaux, de la maintenance ou de la modernisation des équipements. Si une maison intelligente a rarement besoin de plus de deux de ces appareils (externes et internes), alors dans le cas des installations industrielles, des bâtiments et des systèmes de ventilation, il y aura beaucoup plus de tels capteurs et leur entretien périodique peut être une dépense sérieuse.
Si vous calculez par la formule ci-dessus, le résultat sera de 6,75 ans.La description du cycle de travail est beaucoup plus courte que la description de la conception et de ses caractéristiques.À l'état activé, après un certain intervalle, le temporisateur TPL5111 alimente le convertisseur élévateur TPS61291, qui élève la tension de sortie à 3,3 volts et l'interrupteur de charge TPS22860, qui connecte la tension de sortie accrue au reste du système. Après l'apparition de la tension d'alimentation, le CC1310 via I2C reçoit la température et l'humidité relative actuelles du capteur HDC1000, puis transmet un paquet de données «non connecté» avec ces informations (c'est-à-dire sans initialiser et établir une connexion avec un nœud de réseau), puis signale à TPL5111 que le système peut être mis hors tension.À l'état désactivé, le commutateur de charge TPS22860 déconnecte complètement une partie du système (appareils CC1310 et HDC1000) de la batterie au lithium. Les seuls consommateurs de courant de la batterie au lithium sont les courants de recharge et de fuite de condensateur de la batterie au lithium, le courant de fonctionnement de la minuterie TPL5111, le courant de repos du TPS61291 en mode bypass et le courant de fuite du commutateur de charge TPS22860.
Graphique de la consommation actuelle de la batterie lorsque le système est allumé.
Graphique de la consommation actuelle de la batterie à l'état éteint du système. Échelles logarithmiques.Un cycle de travail similaire peut être utilisé dans d'autres appareils, par exemple, certains capteurs de fuite d'eau, des capteurs d'ouverture et de fermeture de portes, etc. lorsque les informations ne sont pas nécessaires en temps réel et que le problème d'alimentation de l'appareil est prioritaire.La conception de référence peut être trouvée en détail dans la documentation sur le site Web de TI: