嵌入式应用最大限度提高能源效率解决方案

2019-07-19 世强
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随着物联网(IoT)的迅速发展, MCUs(微控制器单元)已经变的无处不在,从你的牙刷到你的汽车都是他们的身影。如今,对于嵌入式应用来讲,能效问题已经取代速度成为最关键的问题。而MCUs作为节能系统的一部分,它最大的价值就是可以在功率尽可能小的情况下来解决日益复杂的问题。SILICON LABS所推出的MCU在提高物联网能效扮演着不可或缺的角色。


在嵌入式应用中,如果想最大限度地提高能源效率,我们将从以下四点出发:

组件

高水平的嵌入式应用程序都极其相似,它们一般都是由一些专门来执行一个特定任务的组件所组成的,比如:电源管理,处理程序,数据连接等。这些功能的执行都会从你的电源中来消耗能量。因此,当你需要构建一个高效而节能的系统时,你自然会选择那些本身就具有高效节能特性的组件。


操作方式

除了整合,我们还应该了解各类的运作模式。他们中的大多数都具有一个“开”模式和一个“关”模式,不过其中也有一些具有中间模式。一个应用程序可以包含一定数量的组件,并且必须使每个组件都在最高效率下运行。相比于设计不那么在乎能效的系统来说,高效率的系统设计起来在某些方面更加的困难。但是在能源收到限制的系统中,这些投入都是值得的。


当使用具有传感器的应用程序时,最简单的方法就是将传感器的工作状态一直设定为“开”。使用这种方法,MCU在任何时候都可以读取可变电阻上的电压,并且根据电压计算出当时的温度。上述方法是用来控制传感器的最简单的方法,但它也是最消耗能量的一种方法。就现在而言,33μA的电流看起来并不是很大,但当我们考虑到一块太阳能电池仅仅可以供应10μW的电流时,我们就可以立刻发现问题的所在了。一个更好的设置方案,那就是MCU可以直接的控制传感器的功率,只有当需要时传感器才会被设定为“开”的状态,而其余时间都是“关”的状态。


能源

嵌入式系统应用的能量来源可以有很多种方式,包括有线电源、电池、能量收集技术和无线电源。一个单一的应用程序可能会使用到多个电源,但是最大限度的减少电流的消耗是问题的关键。灵活性、寿命、成本和规格大小等参数都会对你的应用程序提出一些要求和限制。所以做好各个因素之间的取舍是很重要的。


MCU自身

就如应用程序本身必须要考虑占空比以最大限度地提高效率一样,MCU自身也要考虑如何提高效率。因为有着更加复杂的组成部分,MCU基本上都不止一个开/关按钮。MCU有着多种电源模式,而每一种电源模式都有着特定的功能与功率。


由于CPU要尽可能的处于关的状态以减小功率,这就必然会使CPU的一些任务由MCU上的硬件来处理。以前的工作模式是软件会在CPU上进行所有的运算,而如今,软件的开发重点应该集中于设置硬件来完成繁杂而沉重的工作,并对硬件提供必要的帮助。这就使得系统要采用事件触发的架构,这样可以大大提升节能效果。


对于大多数的嵌入式产品来说,其核心产品是一个带有电源的微控制器,而电源可能只是硬币大小的小型电池。当我们开始关注如何使能效得到提高时,设计者们就会创造出更小,电池寿命更长并且成本更低的节能产品与应用。


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  • 嘟嘟星魂 Lv8. 研究员 2018-08-03
    学习了
  • 用户18396822 Lv8 2017-12-31
    很全面
  • 琴琴 Lv3. 高级工程师 2017-12-03
    不错,学到很多东西
  • 逆变器 Lv4. 资深工程师 2017-11-30
    学习了
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