带有加速度计和 LTE-COMS 的电池供电 MCU,正在寻找产品

物联网 传感器 微控制器 电池
2021-06-09 16:33:44

我之前提出了一个问题,但我没有提供足够的背景信息,所以这里是:

我一直在开发一个原型,用于使用三个 MEMS 加速度计和一个树莓派来测量地面振动。我一直在记录和发送我分析过的数据,现在我们正处于下一步需要电池供电的阶段。RPI4 消耗了太多的功率,无法为此工作,因此,我正在寻找 MCU 替代品,但我无法确定哪些功能足够强大以进行操作。

传感器:每秒 4096 个样本,每个样本 3 x 2^20 位数据。它们通过 SPI 连接到 RPI4。

用户案例:

工程师安装仪器,打开仪器,仪器校准并将“沉默”的 10 秒记录上传到服务器。然后它会主动监听触发值以开始记录。然后将二进制记录发送到服务器。录音长度为15-20秒。电池寿命应尽可能长,最好至少2-3个月。传感器具有在传感器达到某个值时触发的中断,因此它们可以处于待机模式 (21 μA),直到被触发并进入测量模式 (200 μA)。一次只有一个传感器处于活动状态,因此可以将三个传感器视为一个。尽管它们确实需要全部连接到 MCU。数据通过 LTE 以二进制文件的形式发送到服务器。

如果我遗漏了任何内容,请询问,我感谢大家的阅读

问:触发事件多久发生一次?

A:视情况而定,但我们假设每天 10 次

问:您是否需要对数据进行任何本地处理,还是仅存储 20 秒并按原样发送?

A: 无需处理,只需存储和发送

问:传感器能否提供中断(即在达到阈值时更改引脚状态)?如果是,并且您的唤醒时间少于 1 次/小时,任何可以进入深度睡眠并在该状态下消耗几十 µA 的 MCU 都应该这样做。

A: 是的,传感器确实有一个中断引脚。我没有玩过它,但我想这就是它存在的原因

1个回答

您的案例是一个非常简单的场景,其中电池寿命将来自大量睡眠。

让我们举几个数字。要使用 3 000 mAh 电池持续 3 个月,您需要绘制的平均值小于3000 / (3 * 30 * 24) = 1.4 mA.

如果您的唤醒周期持续 30 秒(唤醒、获取传感器数据、连接、发送)并且您在此期间平均消耗 100 mA,并且您每小时醒来一次,那么您可以在睡眠期间消耗 500 µA 并且仍然在眼镜。

大多数处于睡眠状态的 MCU 在深度睡眠期间会降至 20 µA 以下(有时会很多)。

广受欢迎的 ESP32 可以轻松做到这一点。但是,您必须注意的是,许多开发板的板载 LED(有时无法禁用)和调节器/LDO 并不理想。

此外,当您想使用蜂窝调制解调器时,您需要确保芯片在大部分时间也处于关闭状态或处于深度睡眠状态。

要连接传感器,您需要:

  • GND, Vcc, 共享
  • 用于 SPI 的 MOSI、MISO 和 SCLK,共享
  • 每个传感器一个 CS 引脚,选择您正在与之交谈的那个
  • 如果您需要知道哪个传感器触发了唤醒,则每个传感器有一个中断引脚,如果不需要,则只有一个。

总共有 7 或 9 个数据 (GPIO) 引脚。

正如你提到的 Python,一个合乎逻辑的选择是 Pycom 的 GPy 或 FiPy(运行 micropython 并内置 LTE-M 窄带调制解调器),但调制解调器稳定性和深度睡眠问题反复出现,我不确定我会在这个时候推荐那些。

否则,您可以在 Arduino 上使用大量 ESP32 开发板,您可以在这些板上连接外部 LTE 调制解调器。

请注意,您的用例意味着在每个周期发送 20 * 4096 * 3 * 20 / 8 = 614 KB。每小时频率约为每月半 GB 的数据,因此它可能不适合 NB-IoT,并且可能是 Cat-M1 的边界案例。您可能需要一个“完整”的 LTE 调制解调器,而不是窄带调制解调器。消耗更多电量,但由于大部分时间它会关闭...

在实际关闭调制解调器和每次重新连接(这需要一点时间并且会影响电池寿命)和在 PSM/eDRX 的帮助下将调制解调器保持在低功率状态之间,还有一个权衡选择,这允许网络认为该设备仍然连接,即使它只是偶尔醒来。

对于没有 LTE 调制解调器的板/设备,您可以查看这里的一些指针,例如 TinyPICO 或 Trigboard,它们实际上关心深度睡眠功率。但是可能有几十个甚至数百个其他板。