🌡️ 💅 📱 एक बैटरी पर 10 साल: वायरलेस आर्द्रता और तापमान सेंसर 👟 👨🏾‍🚀 💺

टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स कई अर्धचालक बाजार क्षेत्रों में एक नेता है। परंपरा के बाद, कंपनी खुद अपने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उपयोग के उदाहरण विकसित करती है और अपनी वेबसाइट पर सामग्री प्रकाशित करती है: सिद्धांत, सर्किट, संदर्भ डिजाइन, प्रशिक्षण वीडियो, आदि। इलेक्ट्रॉनिक घटक और तैयार बोर्ड (विकास किट और उपकरण) भी वहां बेचे जाते हैं। TI का अपना e2e.ti.com फोरम भी है और विकास इंजीनियरों और सिर्फ शौकीनों के लिए एक तृतीय-पक्ष संसाधन www.43oh.com का समर्थन करता है । वह स्कूलों और कॉलेजों के साथ सक्रिय रूप से काम कर रहा है, जूनियर हाई स्कूल के छात्रों को भी माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्रामिंग सिखा रहा है।

फिर भी, हमारे प्रशंसक इस कंपनी के उल्लेखनीय उत्पादों से परिचित नहीं हैं। सबसे अधिक संभावना है, यह कीमत और रूसी में सामग्रियों की लगभग कमी के कारण है, जो उन शौकीनों के दर्शकों को सीमित करता है जो टीआई से अर्धचालक उत्पादों से परिचित हैं। एक अप्रिय अति सूक्ष्म अंतर भी है - रूसी संघ के रीति-रिवाजों से कुछ चीजें याद नहीं होंगी, जबकि अन्य को संयुक्त राज्य अमेरिका से रूसी संघ में निर्यात नहीं किया जाता है (और यह हालिया प्रतिबंधों का परिणाम नहीं है - "यह हुआ")। हालाँकि, वहाँ तरीके हैं जो आपको चाहिए।

इस लेख के साथ, मैं टीआई समाधानों के लिए शौकिया डेवलपर्स का ध्यान आकर्षित करना चाहता हूं, विशेष रूप से, स्मार्ट घरों पर लागू होता है। स्मार्ट होम के बारे में जीटी पर कई प्रकाशित लेख कुछ दिलचस्प समाधान उधार ले सकते हैं। उदाहरण के लिए, लेख avs24rus ने CR2450 द्वारा संचालित वायरलेस लाइटिंग-सेंसर प्रकाशित किया, कारण, मुझे याद है, टिप्पणियों में एक चर्चा: "अत्यधिक मुक्त तापमान की स्थिति में सड़क पर सेंसर" डाल और भूल कैसे करें? बैटरी, सौर बैटरी, आयनिस्टर?

मैं टीआई से इस समस्या के समाधान से परिचित होने का प्रस्ताव करता हूं संदर्भ डिजाइन TIDA-00484 TI डिजाइन के उदाहरण से: TI इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर आर्द्रता और तापमान संवेदक लोकप्रिय लिथियम लघु बैटरी CR2032 द्वारा -30 डिग्री सेल्सियस ... 60 डिग्री सेल्सियस की सीमा में 10 से अधिक वर्षों तक संचालित किया जा सकता है । जो CR2032 के ऑपरेटिंग रेंज द्वारा सीमित है, न कि इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए, जो इस रेंज -140 ° C ... 85 ° C (BR2032 बैटरी के लिए, ऑपरेटिंग रेंज -30 ... 85 ° C) है।

TIDA-00484 TI डिज़ाइन :

आइए सामान्य से विशेष तक जाएं। और सबसे पहले, TIDA-00484 TI डिजाइन की विशेषताएं:

पैरामीटर	विवरण
	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

हम एक स्वायत्त शक्ति स्रोत से परिचालन समय निर्धारित करेंगे। प्रणाली दो राज्यों में हो सकती है: चालू और बंद। प्रत्येक राज्य की अवधि और औसत वर्तमान कारक हैं जो बिजली स्रोत से संचालन की कुल अवधि निर्धारित करते हैं। समय की गणना निम्नलिखित सूत्र के अनुसार की जाती है:

जहां

बैटरी जीवन, अनुमानित बैटरी जीवन वर्षों में
बैटरी की क्षमता, mAh

और पूरे सिस्टम की अनुमानित बैटरी जीवन को प्रभावित करने वाले मुख्य पैरामीटर हैं:

औसत शक्ति, I _ON , mA में
समय पर, T _ON , सेकंड में
आराम में औसत खपत, मैं _बंद , ना में
आराम के समय, T _OFF , सेकंड में

एक्सेल के लिए फॉर्मूला

. 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 , चूंकि पूरी तरह से अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा नियंत्रित किया जाता है इस मामले में, माप प्रणाली हर मिनट और टी _ऑफ = 1 मिनट - टी _पर उठती है । T _ON का न्यूनतम समय शायद ही उपयोगकर्ता द्वारा प्रभावित किया जा सकता है यह सिस्टम को चालू करने, माप लेने, रेडियो पैकेट प्रसारित करने और सिस्टम को बंद करने के लिए आवश्यक समय से निर्धारित होता है।

मैं _{उतर गया}ऑफ द स्टेट में बैटरी द्वारा खपत औसत करंट के रूप में परिभाषित किया गया है। यह करंट आमतौर पर मुख्य रूप से कैपेसिटर के माध्यम से लीकेज करंट और सेंसरों और माइक्रोकंट्रोलर सिस्टम के ऑपरेटिंग करंट से तय होता है जो स्लीप मोड प्रदान करता है। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स माइक्रोकंट्रोलर्स लंबे समय से अल्ट्रा-लो बिजली की खपत के लिए जाने जाते हैं, जिसके लिए प्रतियोगी केवल दृष्टिकोण कर रहे हैं, फिर भी, इस तरह की रिकॉर्ड-ब्रेकिंग दक्षता 10 साल के लिए CR2032 तत्व से डिवाइस को संचालित करने के लिए पर्याप्त नहीं है। इस संदर्भ डिजाइन में, परिवेशी वायु और तापमान के सापेक्ष आर्द्रता को मापने के लिए एक विधि विकसित की गई है, जो डिवाइस के ऑपरेटिंग चक्र में एक टाइमर के उपयोग के कारण एक बहुत लंबी बैटरी जीवन को प्राप्त करता है।

निम्नलिखित ग्राफ डिवाइस के ऑपरेटिंग चक्र को व्यवस्थित करने के लिए दो तरीके दिखाता है - माइक्रोप्रोसेसर (लाल) और सिस्टम टाइमर (नीला) के सामान्य स्लीप मोड का उपयोग करना। ब्लैक धराशायी लाइन - CR2032 निर्माता सेवा जीवन 10 साल की घोषणा की।

संदर्भ डिजाइन में उपयोग के लिए इरादा है:

उद्योग
इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT)
बिल्डिंग ऑटोमेशन
सुरक्षा प्रणालियां
एचवीएसी सेंसर
स्मार्ट थर्मोस्टेट
बैटरी संचालित सिस्टम

आइए देखें कि इस प्रोटोटाइप डिवाइस की रिकॉर्ड दक्षता कैसे प्राप्त की जाती है। डिवाइस को निम्नलिखित घटकों का उपयोग करके बनाया गया है:

अंग	विवरण
TPS61291	बाईपास डीसी-डीसी वोल्टेज कनवर्टर
Tpl5111	सिस्टम टाइमर
TPS22860	लोड स्विच
HDC1000	आर्द्रता और तापमान संवेदक
CC1310	"वायरलेस नियंत्रक"

CC1310 एक मल्टी-कोर सिंगल-चिप सिस्टम है, जो एक कम लागत वाली ऊर्जा-कुशल वायरलेस नियंत्रक है, जो उप-गीगाहर्ट्ज रेंज में संचालन के लिए अनुकूलित है। एक उच्च-प्रदर्शन ट्रांसीवर एक समर्पित कोर्टेक्स-एम 0 प्रोसेसर कोर द्वारा नियंत्रित किया जाता है , जो निम्न-स्तर के प्रोटोकॉल को चलाता है जो इसके रोम में चमकते हैं ।

शीर्ष स्तर के प्रोटोकॉल को एक अलग 32-बिट कोर्टेक्स-एम 3 प्रोसेसर कोर पर निष्पादित किया जाता है, जिसमें 48 मेगाहर्ट्ज तक की घड़ी आवृत्ति होती है। सेंसर एक स्वतंत्र माइक्रोपावर कंट्रोलर (एक 16-बिट RISC प्रोसेसर है जो 32 kHz से आवृत्तियों पर काम करने में सक्षम है, जबकि बाकी सिस्टम नींद या स्टैंडबाय मोड में है), जो एनालॉग और डिजिटल दोनों सेंसर के साथ काम कर सकता है।

कोर्टेक्स एम 3 नियंत्रक कोर में बाह्य उपकरणों का एक समृद्ध सेट है और इसमें शामिल हैं:

तापमान सेंसर;
चार सामान्य प्रयोजन टाइमर मॉड्यूल (2x16- या PWM मोड के साथ 1x32 बिट्स);
8-चैनल 12-बिट एडीसी (200 क्वि / एस तक);
निगरानी घड़ी;
अनुरूप तुलनित्र;
UART, I2C;
तीन एसपीआई (उनमें से एक माइक्रोपावर है);
- एईएस मॉड्यूल;
- 10 ... 31 I / O लाइनें (वर्तमान कॉन्फ़िगरेशन और केस के आधार पर);
- आठ कैपेसिटिव बटन तक का समर्थन

पैरामीटर
फ़्रिक्वेंसी रेंज और समर्थित मॉडुलन प्रकार	उप 1 गीगाहर्ट्ज: एमएसके, एफएसके, जीएफएसके, ओओके, एएसके, 4 जीएफएसके, सीपीएम (एफएसके आकार)
समर्थित प्रोटोकॉल	स्टार टोपोलॉजी नेटवर्क: WMBUS, सिंपलीसीटीआई
फ्लैश, केबी	128
रैम, केबी	बीस
वोल्टेज आपूर्ति	1.65 ... 3.8
तापमान रेंज, डिग्री सेल्सियस	४० ... 85५
संवेदनशीलता 2.4 Kbps, डीबीएम	-121
संवेदनशीलता 50 केबीपीएस, डीबीएम	-111
868 ,	15
,	400
,	40
, /	4
	– 61 A/ (ARM Cortex M3) – 0,7 A – 5,5 , 12 ( 10 )
	65

TPL5111 नैनोपावर टाइमर का उपयोग करने के बाद से एक स्पष्ट लाभ मिलता है वास्तव में, बैटरी के जीवन के अंत तक, पूरे उपकरण को प्रतिस्थापित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, परिसर की निर्धारित मरम्मत, रखरखाव या उपकरणों के आधुनिकीकरण के दौरान। यदि एक स्मार्ट घर को शायद ही कभी दो से अधिक ऐसे उपकरणों (बाहरी और आंतरिक) की आवश्यकता होती है, तो औद्योगिक सुविधाओं, इमारतों और वेंटिलेशन सिस्टम के मामले में, ऐसे बहुत अधिक सेंसर होंगे और उनके आवधिक रखरखाव का गंभीर खर्च हो सकता है।

यदि आप उपरोक्त सूत्र द्वारा गणना करते हैं, तो परिणाम 6.75 वर्ष होगा।

काम के चक्र का विवरण डिजाइन और इसकी विशेषताओं के विवरण से बहुत कम है।

राज्य में, एक निश्चित अंतराल के बाद, TPL5111 टाइमर TPS61291 बूस्ट कनवर्टर को बिजली की आपूर्ति करता है, जो आउटपुट वोल्टेज को 3.3 वोल्ट तक बढ़ाता है और TPS22860 लोड स्विच को बढ़ाता है, जो बढ़े हुए आउटपुट वोल्टेज को सिस्टम के बाकी हिस्सों से जोड़ता है। आपूर्ति वोल्टेज की उपस्थिति के बाद, I2C के माध्यम से CC1310 HDC1000 सेंसर से वर्तमान तापमान और सापेक्ष आर्द्रता प्राप्त करता है, फिर इस जानकारी के साथ एक "गैर-कनेक्टेड" डेटा पैकेट पहुंचाता है (जो कि किसी भी नेटवर्क नोड के साथ संबंध स्थापित करने और स्थापित किए बिना), और फिर संकेत देता है। TPL5111 कि प्रणाली को बंद किया जा सकता है।

ऑफ स्टेट में, TPS22860 लोड स्विच पूरी तरह से लिथियम बैटरी से सिस्टम (CC1310 और HDC1000 डिवाइस) के हिस्से को डिस्कनेक्ट करता है। लिथियम बैटरी से केवल वर्तमान उपभोक्ता लिथियम बैटरी के रिचार्ज और कैपेसिटर लीकेज कर रहे हैं, टाइमर TPL5111 का ऑपरेटिंग करंट, बाइपास मोड के लिए वर्तमान करंट TPS61291, और TPS22860 लोड स्विच में लीकेज करंट है।

सिस्टम चालू होने पर बैटरी से वर्तमान खपत का ग्राफ।

सिस्टम की ऑफ अवस्था में बैटरी से वर्तमान खपत का ग्राफ। लघुगणक तराजू।
एक समान कार्य चक्र का उपयोग अन्य उपकरणों में किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, पानी के रिसाव के लिए कुछ सेंसर, दरवाजे खोलने और बंद करने के लिए सेंसर आदि। जहां वास्तविक समय में जानकारी की आवश्यकता नहीं है, और डिवाइस के बिजली के मुद्दे की प्राथमिकता है।

संदर्भ डिजाइन टीआई वेबसाइट पर प्रलेखन में विस्तार से पाया जा सकता है:

एक बैटरी पर 10 साल: वायरलेस आर्द्रता और तापमान सेंसर

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