เซ็นเซอร์สามารถประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

ค้นพบว่าเซ็นเซอร์อัจฉริยะสามารถลดการสิ้นเปลืองพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของคุณเป็นสองเท่าได้อย่างไร

เซ็นเซอร์สามารถประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

ในโหนดตรวจจับไร้สายที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ผู้ใช้พลังงานรายใหญ่ที่สุดมักเป็นเครื่องส่งสัญญาณ RF ตัวรับส่งสัญญาณควรมีพลังงานต่ํามากในโหมดแอคทีฟรอและแม้กระทั่งโหมดสลีป สแนปช็อตหนึ่งวินาทีของการใช้กระแสไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของรอบการส่งข้อมูลแสดงการดึงกระแสไฟ 15 mA สําหรับส่วนรับหรือส่ง 7.5 มิลลิวินาที เทียบกับ 700 nA สําหรับวิทยุในโหมดสลีป และประกอบด้วยมากกว่า 90% ของการใช้พลังงาน 33-nAh (392-μJ) ทั้งหมด นี่เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของการลดการดึงกระแสเพื่อส่งหรือรับข้อมูลเซ็นเซอร์

ตัวอย่างการดึงกระแสและระยะเวลาในรอบการส่ง

การเพิ่มระยะเวลาการนอนหลับให้สูงสุดเป็นสิ่งสําคัญสําหรับส่วนอื่นๆ ของโหนดเซ็นเซอร์เช่นกัน เนื่องจากพลังงานที่มีอยู่ต้องจ่ายไฟให้กับทุกส่วนของระบบและงบประมาณด้านพลังงานมีจํากัด จึงจําเป็นต้องพิจารณาการใช้พลังงานของเซ็นเซอร์หรือเซ็นเซอร์ในโหนดไร้สายด้วย  แม้ว่าจะมีความสําคัญมากขึ้นเรื่อยๆ แต่พลังงานต่ําก็ไม่ได้เป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญสําหรับเซ็นเซอร์จํานวนมากเสมอไป ตัวอย่างที่น่าสนใจคือเซ็นเซอร์ตัวต้านทานที่โดยปกติจะดึงกระแสไฟฟ้าจํานวนมากในการวัดแบบอะนาล็อก

โดยปกติแล้ว สะพานวีทสโตนที่ใช้ในการใช้งาน เช่น การวัดความดัน แรง และน้ําหนักจะมีสเตรนเกจ 350Ω แต่สามารถเพิ่มเป็น 1 K-Ω ขึ้นไปเพื่อลดการดึงกระแส หากไม่ได้ปิดบริดจ์ บริดจ์ 1 K-Ω ที่ใช้ 3V จะดึง 3 mA อย่างต่อเนื่อง หากเปิดบริดจ์เพื่ออ่านค่าแล้วปิด บริดจ์จะยังคงเปิดกระแสไฟได้เป็นเวลานานเพื่อให้การอ่านมีเสถียรภาพ

เทคนิคทางเลือกหนึ่งใช้ตัวแปลงเวลาเป็นดิจิตอล (TDC) แทนการวัดแบบอะนาล็อก การวัดทําในโดเมนเวลาโดยการรวมตัวต้านทานของบริดจ์เข้ากับตัวเก็บประจุและให้พลังงานแก่สเตรนเกจประมาณ 100 μS เท่านั้น วิธีนี้ช่วยประหยัดพลังงานและลดผลกระทบจากความร้อนในตัวเอง วิธีการอื่นๆ ที่จัดการกับการลดการใช้พลังงานอาจอนุญาตให้ใช้เทคนิคการตรวจจับที่อาจถือว่าไม่เป็นที่ยอมรับสําหรับการใช้งานเซ็นเซอร์ไร้สาย

หากการใช้พลังงานเป็นปัญหาหลัก การใช้พลังงานทั่วไปสําหรับเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ ควรเป็นจุดเริ่มต้นก่อนที่จะมองหาเซ็นเซอร์ที่ใช้พลังงานต่ําที่สุดสําหรับโหนดเซ็นเซอร์เฉพาะ  ตารางที่ 1 แสดงค่าที่พร้อมใช้งานสําหรับการใช้งานการตรวจจับยอดนิยม

ตารางที่ 1 การใช้พลังงานสําหรับเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ

เซ็นเซอร์ MEMS จํานวนมากใช้การตรวจจับแบบ capacitive และใช้พลังงานขั้นต่ํา อย่างไรก็ตาม สําหรับแอปพลิเคชัน Always On เช่น เครื่องติดตามฟิตเนส อุปกรณ์สวมใส่ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ต้องการการใช้พลังงานต่ํามาก ในขณะที่เซ็นเซอร์ความดันแบบ capacitive แบบดิจิตอลสามารถดึงได้มากกว่ามิลลิแอมป์ระหว่างการแปลง แต่ที่แรงดันไฟฟ้าในช่วง 1.5 ถึง 3.6 V เซ็นเซอร์บางตัวสามารถวาดได้ <0.1 μA ในโหมดสแตนด์บาย ขึ้นอยู่กับอัตราการสุ่มตัวอย่างเกิน (OSR) กระแสไฟจ่ายและเวลาในการแปลง ADC แต่ละตัวสามารถเพิ่มขึ้นได้หลายเท่า 25 เท่าขึ้นไป ดังนั้นควรใช้อัตราที่น้อยที่สุด

เซ็นเซอร์สามารถประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

ค้นพบว่าเซ็นเซอร์อัจฉริยะสามารถลดการสิ้นเปลืองพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของคุณเป็นสองเท่าได้อย่างไร

นักเขียนบทความ
by 
นักเขียนบทความ
เซ็นเซอร์สามารถประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

เซ็นเซอร์สามารถประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

ค้นพบว่าเซ็นเซอร์อัจฉริยะสามารถลดการสิ้นเปลืองพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของคุณเป็นสองเท่าได้อย่างไร

ในโหนดตรวจจับไร้สายที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ผู้ใช้พลังงานรายใหญ่ที่สุดมักเป็นเครื่องส่งสัญญาณ RF ตัวรับส่งสัญญาณควรมีพลังงานต่ํามากในโหมดแอคทีฟรอและแม้กระทั่งโหมดสลีป สแนปช็อตหนึ่งวินาทีของการใช้กระแสไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของรอบการส่งข้อมูลแสดงการดึงกระแสไฟ 15 mA สําหรับส่วนรับหรือส่ง 7.5 มิลลิวินาที เทียบกับ 700 nA สําหรับวิทยุในโหมดสลีป และประกอบด้วยมากกว่า 90% ของการใช้พลังงาน 33-nAh (392-μJ) ทั้งหมด นี่เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของการลดการดึงกระแสเพื่อส่งหรือรับข้อมูลเซ็นเซอร์

ตัวอย่างการดึงกระแสและระยะเวลาในรอบการส่ง

การเพิ่มระยะเวลาการนอนหลับให้สูงสุดเป็นสิ่งสําคัญสําหรับส่วนอื่นๆ ของโหนดเซ็นเซอร์เช่นกัน เนื่องจากพลังงานที่มีอยู่ต้องจ่ายไฟให้กับทุกส่วนของระบบและงบประมาณด้านพลังงานมีจํากัด จึงจําเป็นต้องพิจารณาการใช้พลังงานของเซ็นเซอร์หรือเซ็นเซอร์ในโหนดไร้สายด้วย  แม้ว่าจะมีความสําคัญมากขึ้นเรื่อยๆ แต่พลังงานต่ําก็ไม่ได้เป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญสําหรับเซ็นเซอร์จํานวนมากเสมอไป ตัวอย่างที่น่าสนใจคือเซ็นเซอร์ตัวต้านทานที่โดยปกติจะดึงกระแสไฟฟ้าจํานวนมากในการวัดแบบอะนาล็อก

โดยปกติแล้ว สะพานวีทสโตนที่ใช้ในการใช้งาน เช่น การวัดความดัน แรง และน้ําหนักจะมีสเตรนเกจ 350Ω แต่สามารถเพิ่มเป็น 1 K-Ω ขึ้นไปเพื่อลดการดึงกระแส หากไม่ได้ปิดบริดจ์ บริดจ์ 1 K-Ω ที่ใช้ 3V จะดึง 3 mA อย่างต่อเนื่อง หากเปิดบริดจ์เพื่ออ่านค่าแล้วปิด บริดจ์จะยังคงเปิดกระแสไฟได้เป็นเวลานานเพื่อให้การอ่านมีเสถียรภาพ

เทคนิคทางเลือกหนึ่งใช้ตัวแปลงเวลาเป็นดิจิตอล (TDC) แทนการวัดแบบอะนาล็อก การวัดทําในโดเมนเวลาโดยการรวมตัวต้านทานของบริดจ์เข้ากับตัวเก็บประจุและให้พลังงานแก่สเตรนเกจประมาณ 100 μS เท่านั้น วิธีนี้ช่วยประหยัดพลังงานและลดผลกระทบจากความร้อนในตัวเอง วิธีการอื่นๆ ที่จัดการกับการลดการใช้พลังงานอาจอนุญาตให้ใช้เทคนิคการตรวจจับที่อาจถือว่าไม่เป็นที่ยอมรับสําหรับการใช้งานเซ็นเซอร์ไร้สาย

หากการใช้พลังงานเป็นปัญหาหลัก การใช้พลังงานทั่วไปสําหรับเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ ควรเป็นจุดเริ่มต้นก่อนที่จะมองหาเซ็นเซอร์ที่ใช้พลังงานต่ําที่สุดสําหรับโหนดเซ็นเซอร์เฉพาะ  ตารางที่ 1 แสดงค่าที่พร้อมใช้งานสําหรับการใช้งานการตรวจจับยอดนิยม

ตารางที่ 1 การใช้พลังงานสําหรับเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ

เซ็นเซอร์ MEMS จํานวนมากใช้การตรวจจับแบบ capacitive และใช้พลังงานขั้นต่ํา อย่างไรก็ตาม สําหรับแอปพลิเคชัน Always On เช่น เครื่องติดตามฟิตเนส อุปกรณ์สวมใส่ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ต้องการการใช้พลังงานต่ํามาก ในขณะที่เซ็นเซอร์ความดันแบบ capacitive แบบดิจิตอลสามารถดึงได้มากกว่ามิลลิแอมป์ระหว่างการแปลง แต่ที่แรงดันไฟฟ้าในช่วง 1.5 ถึง 3.6 V เซ็นเซอร์บางตัวสามารถวาดได้ <0.1 μA ในโหมดสแตนด์บาย ขึ้นอยู่กับอัตราการสุ่มตัวอย่างเกิน (OSR) กระแสไฟจ่ายและเวลาในการแปลง ADC แต่ละตัวสามารถเพิ่มขึ้นได้หลายเท่า 25 เท่าขึ้นไป ดังนั้นควรใช้อัตราที่น้อยที่สุด

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

เซ็นเซอร์สามารถประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

เซ็นเซอร์สามารถประหยัดพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของโหนดเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

ค้นพบว่าเซ็นเซอร์อัจฉริยะสามารถลดการสิ้นเปลืองพลังงานและยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของคุณเป็นสองเท่าได้อย่างไร

Lorem ipsum dolor amet consectetur adipiscing elit tortor massa arcu non.

ในโหนดตรวจจับไร้สายที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ผู้ใช้พลังงานรายใหญ่ที่สุดมักเป็นเครื่องส่งสัญญาณ RF ตัวรับส่งสัญญาณควรมีพลังงานต่ํามากในโหมดแอคทีฟรอและแม้กระทั่งโหมดสลีป สแนปช็อตหนึ่งวินาทีของการใช้กระแสไฟฟ้าในส่วนต่างๆ ของรอบการส่งข้อมูลแสดงการดึงกระแสไฟ 15 mA สําหรับส่วนรับหรือส่ง 7.5 มิลลิวินาที เทียบกับ 700 nA สําหรับวิทยุในโหมดสลีป และประกอบด้วยมากกว่า 90% ของการใช้พลังงาน 33-nAh (392-μJ) ทั้งหมด นี่เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของการลดการดึงกระแสเพื่อส่งหรือรับข้อมูลเซ็นเซอร์

ตัวอย่างการดึงกระแสและระยะเวลาในรอบการส่ง

การเพิ่มระยะเวลาการนอนหลับให้สูงสุดเป็นสิ่งสําคัญสําหรับส่วนอื่นๆ ของโหนดเซ็นเซอร์เช่นกัน เนื่องจากพลังงานที่มีอยู่ต้องจ่ายไฟให้กับทุกส่วนของระบบและงบประมาณด้านพลังงานมีจํากัด จึงจําเป็นต้องพิจารณาการใช้พลังงานของเซ็นเซอร์หรือเซ็นเซอร์ในโหนดไร้สายด้วย  แม้ว่าจะมีความสําคัญมากขึ้นเรื่อยๆ แต่พลังงานต่ําก็ไม่ได้เป็นพารามิเตอร์ที่สําคัญสําหรับเซ็นเซอร์จํานวนมากเสมอไป ตัวอย่างที่น่าสนใจคือเซ็นเซอร์ตัวต้านทานที่โดยปกติจะดึงกระแสไฟฟ้าจํานวนมากในการวัดแบบอะนาล็อก

โดยปกติแล้ว สะพานวีทสโตนที่ใช้ในการใช้งาน เช่น การวัดความดัน แรง และน้ําหนักจะมีสเตรนเกจ 350Ω แต่สามารถเพิ่มเป็น 1 K-Ω ขึ้นไปเพื่อลดการดึงกระแส หากไม่ได้ปิดบริดจ์ บริดจ์ 1 K-Ω ที่ใช้ 3V จะดึง 3 mA อย่างต่อเนื่อง หากเปิดบริดจ์เพื่ออ่านค่าแล้วปิด บริดจ์จะยังคงเปิดกระแสไฟได้เป็นเวลานานเพื่อให้การอ่านมีเสถียรภาพ

เทคนิคทางเลือกหนึ่งใช้ตัวแปลงเวลาเป็นดิจิตอล (TDC) แทนการวัดแบบอะนาล็อก การวัดทําในโดเมนเวลาโดยการรวมตัวต้านทานของบริดจ์เข้ากับตัวเก็บประจุและให้พลังงานแก่สเตรนเกจประมาณ 100 μS เท่านั้น วิธีนี้ช่วยประหยัดพลังงานและลดผลกระทบจากความร้อนในตัวเอง วิธีการอื่นๆ ที่จัดการกับการลดการใช้พลังงานอาจอนุญาตให้ใช้เทคนิคการตรวจจับที่อาจถือว่าไม่เป็นที่ยอมรับสําหรับการใช้งานเซ็นเซอร์ไร้สาย

หากการใช้พลังงานเป็นปัญหาหลัก การใช้พลังงานทั่วไปสําหรับเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ ควรเป็นจุดเริ่มต้นก่อนที่จะมองหาเซ็นเซอร์ที่ใช้พลังงานต่ําที่สุดสําหรับโหนดเซ็นเซอร์เฉพาะ  ตารางที่ 1 แสดงค่าที่พร้อมใช้งานสําหรับการใช้งานการตรวจจับยอดนิยม

ตารางที่ 1 การใช้พลังงานสําหรับเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ

เซ็นเซอร์ MEMS จํานวนมากใช้การตรวจจับแบบ capacitive และใช้พลังงานขั้นต่ํา อย่างไรก็ตาม สําหรับแอปพลิเคชัน Always On เช่น เครื่องติดตามฟิตเนส อุปกรณ์สวมใส่ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ต้องการการใช้พลังงานต่ํามาก ในขณะที่เซ็นเซอร์ความดันแบบ capacitive แบบดิจิตอลสามารถดึงได้มากกว่ามิลลิแอมป์ระหว่างการแปลง แต่ที่แรงดันไฟฟ้าในช่วง 1.5 ถึง 3.6 V เซ็นเซอร์บางตัวสามารถวาดได้ <0.1 μA ในโหมดสแตนด์บาย ขึ้นอยู่กับอัตราการสุ่มตัวอย่างเกิน (OSR) กระแสไฟจ่ายและเวลาในการแปลง ADC แต่ละตัวสามารถเพิ่มขึ้นได้หลายเท่า 25 เท่าขึ้นไป ดังนั้นควรใช้อัตราที่น้อยที่สุด