Texas Instruments adalah pemimpin dalam banyak segmen pasar semikonduktor. Mengikuti tradisi, perusahaan itu sendiri mengembangkan contoh penggunaan komponen elektroniknya dan menerbitkan materi di situs webnya: teori, sirkuit, desain referensi, video pelatihan, dll. Komponen elektronik dan papan jadi (kit pengembangan dan peralatan) juga dijual di sana. TI juga memiliki forum e2e.ti.com sendiri dan mendukung sumber daya pihak ketiga www.43oh.com untuk insinyur pengembangan dan hanya amatir. Dia aktif bekerja dengan sekolah dan perguruan tinggi, mengajar pemrograman mikrokontroler bahkan untuk siswa sekolah menengah pertama.Meskipun demikian, penggemar kami tidak terbiasa dengan produk luar biasa dari perusahaan ini. Kemungkinan besar, ini karena harga dan hampir tidak adanya bahan dalam bahasa Rusia, yang membatasi audiens pecinta yang akrab dengan produk semikonduktor dari TI. Ada juga satu nuansa yang tidak menyenangkan - beberapa hal tidak akan dilewatkan oleh kebiasaan Federasi Rusia, sementara yang lain tidak diekspor dari Amerika Serikat ke Federasi Rusia (dan ini bukan hasil dari sanksi baru-baru ini - “itu terjadi”). Namun, ada cara untuk mendapatkan apa yang Anda butuhkan.Dengan artikel ini saya ingin menarik perhatian pengembang amatir terhadap solusi TI, khususnya, yang berlaku untuk rumah pintar. Sejumlah artikel yang diterbitkan di GT tentang rumah pintar bisa meminjam beberapa solusi menarik. Sebagai contoh, artikel avs24rus menerbitkan Wireless Lighting-Sensor didukung oleh CR2450, disebabkan, saya ingat, sebuah diskusi dalam komentar: "Bagaimana membuat sensor" meletakkan dan melupakan "di jalan dalam kondisi suhu yang sangat dingin? Baterai, baterai surya, ionistor?Saya mengusulkan untuk berkenalan dengan solusi untuk masalah ini dari TI dengan contoh desain referensi TIDA-00484 Desain TI: Kelembaban dan sensor suhu pada komponen elektronik TI dapat dioperasikan oleh baterai miniatur lithium populer CR2032 selama lebih dari 10 tahun dalam kisaran -30 ° C ... 60 ° C , yang dibatasi oleh rentang operasi CR2032, dan bukan komponen elektronik yang kisarannya –40 ° C ... 85 ° C (untuk baterai BR2032, rentang operasi adalah -30 ... 85 ° C).TIDA-00484 Desain TI :
Mari kita beralih dari yang umum ke yang khusus. Dan pertama, karakteristik Desain TI TIDA-00484:| Parameter | Deskripsi |
| 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 |
Kami akan menentukan waktu operasi dari sumber daya otonom. Sistem bisa dalam dua status: hidup dan mati. Durasi dan arus rata-rata setiap negara adalah faktor yang menentukan total durasi operasi dari sumber daya. Perhitungan waktu dilakukan sesuai dengan rumus berikut: di
mana- Daya tahan baterai, perkiraan masa pakai baterai dalam beberapa tahun
- Kapasitas baterai, mAh
Dan parameter utama yang mempengaruhi perkiraan masa pakai baterai seluruh sistem adalah:- Daya rata-rata menyala, I AKTIF , dalam mA
- Tepat waktu, T ON , dalam detik
- Konsumsi rata-rata saat istirahat, I OFF , di nA
- Waktu istirahat, T OFF , dalam detik
Formula untuk 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 , sepenuhnya dikontrol oleh pengguna akhir sejak itu dalam hal ini, sistem pengukuran bangun setiap menit dan T OFF = 1 menit - T ON . Waktu minimum T ON hampir tidak dapat dipengaruhi oleh pengguna sejak saat itu ditentukan oleh waktu yang diperlukan untuk menghidupkan sistem, melakukan pengukuran, mengirimkan paket radio dan mematikan sistem.Saya pergididefinisikan sebagai arus rata-rata yang dikonsumsi oleh baterai dalam keadaan mati. Arus ini biasanya ditentukan terutama oleh arus bocor melalui kapasitor dan arus operasi dari sensor dan sistem mikrokontroler yang menyediakan mode tidur. Mikrokontroler Texas Instruments telah lama dikenal dengan konsumsi daya yang sangat rendah, yang hanya didekati pesaing, namun efisiensi pemecahan rekor seperti itu tidak cukup untuk mengoperasikan perangkat dari elemen CR2032 selama 10 tahun. Dalam desain referensi ini, metode telah dikembangkan untuk mengukur kelembaban relatif udara dan suhu sekitar, yang mencapai usia baterai yang sangat lama karena penggunaan timer dalam siklus operasi perangkat.Grafik berikut menunjukkan dua metode untuk mengatur siklus operasi perangkat - menggunakan mode tidur normal mikroprosesor (merah) dan pengatur waktu sistem (biru). Garis putus-putus hitam - CR2032 dinyatakan oleh umur layanan pabrikan 10 tahun.Desain referensi dimaksudkan untuk digunakan dalam:- Industri
- Internet of Things (IoT)
- Otomasi Gedung
- Sistem keamanan
- Sensor HVAC
- Termostat pintar
- Sistem Bertenaga Baterai
Mari kita lihat bagaimana efisiensi rekaman perangkat prototipe ini diperoleh. Perangkat ini dibangun menggunakan komponen-komponen berikut:| Komponen | Deskripsi |
| TPS61291 | Lewati Konverter Tegangan DC-DC |
| Tpl5111 | Timer sistem |
| TPS22860 | Sakelar beban |
| HDC1000 | Sensor kelembaban dan suhu |
| CC1310 | "Pengendali Nirkabel" |
CC1310 adalah sistem chip tunggal multi-inti, pengontrol nirkabel hemat energi yang murah, dioptimalkan untuk operasi dalam kisaran sub-GHz. Transceiver kinerja tinggi dikendalikan oleh inti prosesor Cortex-M0 khusus , yang menjalankan protokol tingkat rendah yang di-flash ke ROM-nya .Protokol tingkat atas dijalankan pada inti prosesor Cortex-M3 32-bit yang terpisah dengan frekuensi clock hingga 48 MHz. Sensor-sensor tersebut disurvei oleh pengontrol tenaga mikro independen (prosesor RISC 16-bit yang mampu beroperasi pada frekuensi dari 32 kHz sementara sistem lainnya dalam mode tidur atau siaga), yang dapat bekerja dengan sensor analog dan digital.
Inti pengontrol Cortex M3 memiliki serangkaian periferal yang kaya dan berisi:- sensor temperatur;
- empat modul timer untuk keperluan umum (2x16- atau 1x32 bit dengan mode PWM);
- 8-channel 12-bit ADC (hingga 200 qui / s);
- pengawas waktu;
- komparator analog;
- UART, I2C;
- tiga SPI (salah satunya adalah tenaga mikro);
- - Modul AES;
- - 10 ... 31 jalur I / O (tergantung pada konfigurasi dan case saat ini);
- - Dukungan hingga delapan tombol kapasitif
| Parameter | |
Rentang frekuensi dan
jenis
modulasi yang didukung | Sub 1 GHz: MSK, FSK, GFSK, OOK, ASK, 4GFSK, CPM (berbentuk 8 FSK) |
| Protokol yang didukung | Jaringan Topologi Bintang: WMBUS, SimpliciTI |
| Flash, kB | 128 |
| RAM, kB | dua puluh |
| Tegangan suplai | 1.65 ... 3.8 |
| Kisaran suhu, ° C | 40 ... 85 |
| Sensitivitas 2,4 Kbps, dBm | -121 |
| Sensitivitas 50 Kbps, dBm | -111 |
| 868 , | 15 |
| , | 400 |
| , | 40 |
| , / | 4 |
| - – 61 A/ (ARM Cortex M3)
- – 0,7 A
- – 5,5 , 12 ( 10 )
|
| 65 |
Menggunakan timer TPL5111 nanopower memberikan keuntungan yang jelas sejak itu pada kenyataannya, pada akhir usia baterai, seluruh perangkat dapat diganti, misalnya, selama perbaikan yang dijadwalkan untuk gedung, perawatan atau modernisasi peralatan. Jika rumah pintar jarang membutuhkan lebih dari dua perangkat seperti itu (eksternal dan internal), maka dalam hal fasilitas industri, bangunan dan sistem ventilasi, akan ada lebih banyak sensor seperti itu dan pemeliharaan berkala mereka dapat menjadi biaya yang serius.
Jika Anda menghitung dengan rumus di atas, maka hasilnya akan menjadi 6,75 tahun.Deskripsi siklus kerja jauh lebih pendek daripada deskripsi desain dan karakteristiknya.Dalam keadaan aktif, setelah interval tertentu, timer TPL5111 memasok daya ke konverter penambah TPS61291, yang menaikkan tegangan output menjadi 3,3 volt dan ke sakelar beban TPS22860, yang menghubungkan tegangan output yang meningkat ke seluruh sistem. Setelah munculnya tegangan suplai, CC1310 melalui I2C menerima suhu saat ini dan kelembaban relatif dari sensor HDC1000, kemudian mentransmisikan paket data "non-terhubung" dengan informasi ini (yaitu, tanpa menginisialisasi dan membangun koneksi dengan node jaringan apa pun), dan kemudian memberi sinyal kepada TPL5111 bahwa sistem dapat dimatikan.Dalam keadaan mati, sakelar beban TPS22860 benar-benar memutus bagian sistem (perangkat CC1310 dan HDC1000) dari baterai lithium. Satu-satunya konsumen saat ini dari baterai lithium adalah arus bocor isi ulang dan kapasitor baterai lithium, arus pengoperasian timer TPL5111, TPS61291 saat ini yang diam untuk memintas mode, dan arus bocor pada saklar beban TPS22860.
Grafik konsumsi saat ini dari baterai saat sistem dihidupkan.
Grafik konsumsi saat ini dari baterai dalam keadaan off sistem. Skala logaritmik.Siklus kerja yang serupa dapat digunakan di perangkat lain, misalnya, beberapa sensor untuk kebocoran air, sensor untuk membuka dan menutup pintu, dll. di mana informasi tidak diperlukan dalam waktu nyata, dan masalah daya perangkat memiliki prioritas.Desain referensi dapat ditemukan secara rinci dalam dokumentasi di situs web TI: