Meus consumos teóricos de energia desse avr estão corretos?


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Depois de me inspirar em um simples alarme de escuridão baseado no ATMEGA 168, que tem uma vida útil teórica de 3 anos com baterias que utilizam o modo de suspensão, eu decidi fazer algo parecido com o meu (um alarme de ativação, usando o oscilador para obter uma precisão mais ou menos correta, em vez de luz)

Minha confusão está na maneira como a duração da bateria é calculada (consulte a seção "Cálculo do tempo de vida útil da bateria"), por isso decidi fazer meu próprio cálculo.

O AVR aparentemente a 1,8V no modo de desligamento consome 0,1µA. No modo ativo, 250µA assumindo um oscilador externo de 1MHz ( folha de dados aqui ).

Agora, algumas (talvez ideais) baterias AA teriam 1200 mAh, então

1200 / 0.001 / 24 / 365 = ~137 years standby life time
1200 / 0.250 / 24 / 365 = ~0.5 years active life time

Supondo que minha campainha piezoelétrica + resistor de 10k da série leva 5 mA total, talvez eu possa calcular a média do uso atual por hora

5mA * 10 (second alarm)? / 6 (intervals of 10) / 60 (in to hours) = ~0.138mAh
0.250mA (active current) * 10 / 6 / 60 = ~0.00694 mAh

Sendo o resultado final (ignorando que o consumo de energia ativo sobrepõe o status de desligamento).

1200 / (0.001 + 0.138 + 0.00694) / 24 / 365 = 0.9 years 

Você pode sugerir grandes falhas nisso? Qual seria um método para calcular todo esse consumo de corrente ao longo do tempo, especialmente quando as baterias usam mAh em vez de Wh, e a folha de dados especifica apenas "xx uA a 1,8v" (e não ~ 4,5VI estou usando). Existe uma maneira mais simples de calcular o consumo de energia quando as coisas apenas consomem energia em determinados períodos (em vez do cálculo da "média por hora") que eu fiz?

Parece que bati em uma parede no lado da teoria do projeto pessoal. Apenas me interessa quanto tempo pode ser executado se eu o projetar da maneira mais simples possível.


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O espectro de 1,8V porque a corrente e a potência são mais baixas do que em V. mais alto. Certifique-se de não ter descarga automática da bateria. Stim Nimh morto há muito tempo até então. LSD nimH e moderno alcalino OK, mas baixo nessa idade. O AA deve ser >> 1200 mAh em qualquer tecnologia usual.
Russell McMahon

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@RussellMcMahon, nós mudamos rolos, você deu um rápido comentário dando a resposta básica e eu escrevi uma resposta sem fôlego longo :)
Kortuk

@Kortuk - -1 each :-)
Russell McMahon

"Agora, algumas (talvez ideais) baterias AA teriam 1200 mAh" - AAs alcalinas estão na faixa de 2000-2500mAh, até onde eu sei.
marcelm

Respostas:


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Você está muito perto. A energia média é uma maneira muito precisa de fazer isso, pois você não está puxando uma corrente tão alta que a capacidade efetiva da bateria flutua.

Baterias, baterias e mais baterias

Há um termo muito importante, que é a taxa de autodescarga da bateria. Isso depende da química, mas digamos que você obtenha um hidreto de níquel-metal. A taxa de autodescarga é de "20% ou mais nas primeiras 24 horas, mais 4% por dia depois", se não for uma baixa NiMH de autodescarga , que ainda descarrega cerca de 25% ao ano.

As baterias de lítio têm algumas das melhores características para a taxa de descarga automática e minha experiência confirma esse fato. Eu acho que a universidade de baterias tem um ótimo site para discutir muitas características diferentes das baterias, e muitas vezes indico as pessoas para aprender sobre baterias quando estão começando a trabalhar com elas. Se você quiser comparar as taxas de descarga da bateria, eles têm um artigo inteiro discutindo os fenômenos .

Isso é um pouco complicado, mas eu sempre tento fazer isso quando você mede a tensão da bateria e precisa carregá-la. Isso varia com a química, mas é fundamental em lítio. Eu tive um colega de trabalho colocando células de moedas ruins em nossos dispositivos e usando-as porque as células de moedas mostravam tensão quase cheia sem carga. Sob uma carga de qualquer quantia (10kohm aprox .2mA), eles estavam mortos.

Seu microcontrolador e você

Como você está lidando com o uso da folha do fabricante sobre a corrente de fuga, também existem muitos problemas diferentes com os quais você terá que lidar para manter as especificações que provavelmente também devem ser pensadas. O maior que eu já vi é uma entrada flutuante. Muitos engenheiros deixarão pinos não utilizados como entradas, pensando: "Ei, que mal isso pode causar?" Um pouco se você estiver falando de microamperes. Uma entrada flutuante terá seus transistores mudando de estado constantemente e as flutuações causam uma diferença de consumo de energia. Certa vez, tivemos uma vida útil reduzida em um produto porque houve um erro que deixou 2 pinos flutuando, fazendo com que nossa corrente de espera mais que dobrasse no MSP430. Você precisa direcionar todos os seus pinos para a saída e deixá-los manter um estado.

É fácil errar ao fazer esses cálculos, como hora do despertar. Parece que lembro que o MSP430 teve um tempo de ativação não desprezível, se você o fazia com muita frequência. Ele também teve um pulso de energia maior por apenas um momento, quando ficou online. Nosso pequeno RTOS caseiro teve que tentar levar isso em conta e, se o desligamento foi menor que X milissegundos, o ignoramos com NOPs e economizamos energia.

Se você estiver procurando um produto com vida útil muito longa, precisará de um revestimento conforme . Os óleos da sua pele não são um problema imediato, mas com o tempo eles formam um material levemente condutor em sua placa. O revestimento conforme protege a sua placa contra esse pequeno efeito colateral atual.

Leia as notas de aplicativos que eles têm sobre a operação de baixa energia, provavelmente cobre questões como os pinos precisam ser retidos como saída e muitos outros fatos importantes e úteis.

Por último, mas não menos importante, não se relaxe só porque você leu as notas do aplicativo e tudo parece bem após uma semana de execução do seu produto, você deve fazer o que clabacchio diz: você deve medir e certificar-se. Você depura seu código normalmente, isso faz parte dele, você precisa descobrir se cometeu um erro que está causando sua corrente inativa ser mAs em vez de uA ou mesmo se você fez o que fizemos e um pino está flutuando acidentalmente . Certifique-se de usar medições em buffer ao fazer isso; se houver um grande vazamento no dispositivo, os dados poderão ser montados em uma montanha durante o teste. Além disso, nunca se esqueça de pullups, eles são pequenos porcos, se você não for cuidadoso.


20% + 4% / dia, que são números muito interessantes e tristes. (É por isso que eu nunca comprar câmeras digitais que baterias AA necessidade.)
Al Kepp

@AlKepp, você pode comprar AAs baseados em lítio, acredito, eles custam um pouco mais.
precisa saber é o seguinte

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A teoria parece correta, gostaria apenas de lhe dar uma dica: projetar circuitos com ciclo de trabalho muito baixo (o tempo em que o dispositivo está funcionando) é comum saber o consumo de energia adormecida (e foi isso que você fez, mas eu sugiro que medi-lo uma vez construído, como acabei de descobrir o quanto o design influencia o vazamento de energia.

Então, mas isso não requer a mesma precisão que envolve correntes maiores, você deve tentar medir a energia consumida pelo dispositivo durante seu estado ativo. Você também pode fazer isso com a placa de ensaio, pois o que você precisa é uma medida da corrente média absorvida e o tempo em que o dispositivo está ligado (~ 10s).

Então você pode somar suas energias (ou Ah, como desejar), sem se preocupar com o tempo que se sobrepõe.

Mas, vindo agora de uma medição desse tipo, não confie demais nos valores fornecidos pela folha de dados e tente se seu design é capaz de garantir esse valor; por exemplo, você verificaria com precisão todos os pinos de saída do seu microcontrolador para evitar vazamentos indesejados devido às interfaces DIO, e talvez você precise trabalhar também com os domínios de energia do próprio microcontrolador. Boa sorte!

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