A Texas Instruments é líder em muitos segmentos de mercado de semicondutores. Seguindo a tradição, a própria empresa desenvolve exemplos do uso de seus componentes eletrônicos e publica materiais em seu site: teoria, circuitos, projetos de referência, vídeos de treinamento etc. Componentes eletrônicos e placas acabadas (kits e ferramentas de desenvolvimento) também são vendidos lá. A TI também possui seu próprio fórum e2e.ti.com e suporta um recurso de terceiros www.43oh.com para engenheiros de desenvolvimento e apenas amadores. Ele está trabalhando ativamente com escolas e faculdades, ensinando programação de microcontroladores até para alunos do ensino médio.No entanto, nossos fãs não estão familiarizados com os produtos notáveis desta empresa. Provavelmente, isso se deve ao preço e à quase falta de materiais em russo, o que limita a audiência de amadores familiarizados com os produtos semicondutores da TI. Há também uma nuance desagradável - algumas coisas não serão perdidas pelos costumes da Federação Russa, enquanto outras não serão exportadas dos Estados Unidos para a Federação Russa (e isso não é o resultado de sanções recentes - "aconteceu"). No entanto, existem maneiras de conseguir o que você precisa.Com este artigo, quero chamar a atenção de desenvolvedores amadores para soluções de TI, em particular, aplicáveis a residências inteligentes. Vários artigos publicados no GT sobre casa inteligente podem pedir emprestadas algumas soluções interessantes. Por exemplo, o artigo avs24rus publicou o Sensor de iluminação sem fio com tecnologia CR2450, causou, lembro-me, uma discussão nos comentários: "Como fazer o sensor" colocar e esquecer "na rua em condições de temperaturas extremamente baixas? Bateria, bateria solar, ionistor?Proponho familiarizar-me com a solução para este problema da TI pelo exemplo do design de referência TIDA-00484 Projeto da TI: O sensor de umidade e temperatura nos componentes eletrônicos da TI pode ser alimentado pela popular bateria miniatura de lítio CR2032 por mais de 10 anos na faixa de -30 ° C ... 60 ° C , limitado pela faixa de operação do CR2032, e não pelos componentes eletrônicos para os quais essa faixa é de –40 ° C ... 85 ° C (para a bateria BR2032, a faixa de operação é de -30 ... 85 ° C).TIDA-00484 Design da TI :
Vamos do geral para o particular. E primeiro, as características do TIDA-00484 TI Design:| Parâmetros | Descrição |
| 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 o tempo de operação de uma fonte de energia autônoma. O sistema pode estar em dois estados: ligado e desligado. A duração e a corrente média de cada estado são fatores que determinam a duração total da operação da fonte de energia. O cálculo de tempo é levado a cabo de acordo com a seguinte fórmula:
onde- Vida útil da bateria, duração estimada da bateria em anos
- Capacidade da bateria, mAh
E os principais parâmetros que afetam a vida útil estimada da bateria de todo o sistema são:- Potência média ligada, I ON , em mA
- Em tempo, T ON , em segundos
- Consumo médio em repouso, I OFF , em nA
- Tempo em repouso, T OFF , em segundos
Formula 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 pelo usuário final desde neste caso, o sistema de medição acorda a cada minuto e T OFF = 1 minuto - T ON . O tempo mínimo de ON pode dificilmente ser influenciado pelo usuário, pois é determinado pelo tempo necessário para ligar o sistema, fazer medições, transmitir um pacote de rádio e desligar o sistema.I offdefinida como a corrente média consumida pela bateria no estado desligado. Essa corrente é geralmente determinada principalmente pela corrente de fuga através dos capacitores e pela corrente de operação dos sensores e sistemas de microcontroladores que fornecem um modo de suspensão. Os microcontroladores da Texas Instruments são conhecidos há muito tempo pelo consumo de energia ultrabaixo, para o qual os concorrentes estão se aproximando, no entanto, mesmo essa eficiência recorde não é suficiente para operar o dispositivo a partir do elemento CR2032 por 10 anos. Neste projeto de referência, foi desenvolvido um método para medir a umidade relativa do ar e da temperatura ambiente, que alcança uma duração de bateria extremamente longa devido ao uso de um temporizador no ciclo de operação do dispositivo.O gráfico a seguir mostra dois métodos para organizar o ciclo operacional do dispositivo - usando o modo de suspensão normal do microprocessador (vermelho) e o temporizador do sistema (azul). Linha tracejada preta - CR2032 declarada pela vida útil do fabricante de 10 anos.O design de referência é destinado ao uso em:- Indústria
- Internet das Coisas (IoT)
- Automação Predial
- Sistemas de segurança
- Sensores HVAC
- Termostatos inteligentes
- Sistemas alimentados por bateria
Vamos ver como a eficiência recorde deste dispositivo protótipo é obtida. O dispositivo é construído usando os seguintes componentes:| Componente | Descrição |
| TPS61291 | Bypass Conversor de tensão DC-DC |
| Tpl5111 | Temporizador do sistema |
| TPS22860 | Interruptor de carga |
| HDC1000 | Sensor de umidade e temperatura |
| CC1310 | "Controlador sem fio" |
O CC1310 é um sistema de chip único com vários núcleos, um controlador sem fio de baixo custo e eficiência energética, otimizado para operações na faixa sub-GHz. Um transceptor de alto desempenho é controlado por um núcleo de processador Cortex-M0 dedicado , que executa protocolos de baixo nível que são lançados na ROM .Os protocolos de nível superior são executados em um núcleo de processador Cortex-M3 de 32 bits separado, com uma frequência de clock de até 48 MHz. Os sensores são pesquisados por um controlador de micropoder independente (um processador RISC de 16 bits capaz de operar em frequências de 32 kHz enquanto o restante do sistema está no modo de suspensão ou em espera), que pode funcionar com sensores analógicos e digitais.
O núcleo do controlador Cortex M3 possui um rico conjunto de periféricos e contém:- sensor de temperatura;
- quatro módulos de timer de uso geral (2x16 ou 1x32 bits no modo PWM);
- ADC de 8 canais e 12 bits (até 200 qui / s);
- watchdog timer;
- comparador analógico;
- UART, I2C;
- três SPIs (um deles é micropoder);
- - módulo AES;
- - 10 ... 31 linhas de E / S (dependendo da configuração atual e do gabinete);
- - suporte para até oito botões capacitivos
| Parâmetro | |
Faixa de frequência e
tipos de
modulação suportados | Sub 1 GHz: MSK, FSK, GFSK, OOK, ASK, 4GFSK, CPM (formato 8 FSK) |
| Protocolos suportados | Redes de topologia em estrela: WMBUS, SimpliciTI |
| Flash, kB | 128 |
| RAM, kB | vinte |
| Tensão de alimentação | 1,65 ... 3,8 |
| Faixa de temperatura, ° C | 40 ... 85 |
| Sensibilidade 2,4 Kbps, dBm | -121 |
| Sensibilidade 50 Kbps, dBm | -111 |
| 868 , | 15 |
| , | 400 |
| , | 40 |
| , / | 4 |
| - – 61 A/ (ARM Cortex M3)
- – 0,7 A
- – 5,5 , 12 ( 10 )
|
| 65 |
O uso do timer de nanopoder TPL5111 oferece uma vantagem óbvia, pois de fato, até o final da vida útil da bateria, todo o dispositivo pode ser substituído, por exemplo, durante o reparo programado das instalações, manutenção ou modernização do equipamento. Se uma casa inteligente raramente precisar de mais de dois dispositivos (externos e internos), no caso de instalações industriais, edifícios e sistemas de ventilação, haverá muito mais sensores e sua manutenção periódica pode ser uma despesa séria.
Se você calcular pela fórmula acima, o resultado será 6,75 anos.A descrição do ciclo de trabalho é muito mais curta que a descrição do design e de suas características.No estado ligado, após um certo intervalo, o temporizador TPL5111 fornece energia ao conversor de impulso TPS61291, que eleva a tensão de saída para 3,3 volts e ao comutador de carga TPS22860, que conecta a tensão de saída aumentada ao restante do sistema. Após o aparecimento da tensão de alimentação, o CC1310 via I2C recebe a temperatura atual e a umidade relativa do sensor HDC1000 e transmite um pacote de dados "não conectado" com essas informações (ou seja, sem inicializar e estabelecer uma conexão com qualquer nó da rede) e depois sinaliza para TPL5111 que o sistema pode ser desligado.No estado desligado, o comutador de carga TPS22860 desconecta completamente parte do sistema (dispositivos CC1310 e HDC1000) da bateria de lítio. Os únicos consumidores atuais da bateria de lítio são as correntes de recarga e vazamento do capacitor da bateria de lítio, a corrente operacional do temporizador TPL5111, a corrente quiescente TPS61291 no modo bypass e a corrente de vazamento no comutador de carga TPS22860.
Gráfico do consumo atual da bateria quando o sistema está ligado.
Gráfico do consumo atual da bateria no estado desligado do sistema. Escalas logarítmicas.Um ciclo de trabalho semelhante pode ser usado em outros dispositivos, por exemplo, alguns sensores para vazamento de água, sensores para abrir e fechar portas, etc. onde as informações não são necessárias em tempo real e o problema de energia do dispositivo tem prioridade.O design de referência pode ser encontrado em detalhes na documentação no site da TI: