TinyLiDAR kwa IOT: Hatua 3

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Ukiangalia kote, utaona vifaa vingi vyenye akili vinatumika katika maisha ya kila siku. Kawaida zinaendeshwa kwa betri na kawaida huunganishwa kwenye Mtandao (aka 'wingu') kwa namna fulani. Hizi ndizo tunazoziita vifaa vya 'IoT' na zinakuwa mahali pa kawaida ulimwenguni leo.

Kwa Wahandisi wa Mfumo wa IoT, juhudi nyingi za kubuni zinatumika katika kuongeza matumizi ya nguvu. Sababu ya hii ni kweli kwa sababu ya uwezo mdogo unaopatikana kwenye betri. Kubadilisha betri kwa idadi kubwa katika maeneo ya mbali inaweza kuwa pendekezo la gharama kubwa sana.

Kwa hivyo hii inaweza kufundisha juu ya kuongeza nguvu katika vidogoLiDAR.

TL; muhtasari wa DR

Tunayo hali mpya ya upimaji "Saa Halisi" (kama firmware 1.4.0) kusaidia kuongeza muda wa kukimbia kwa betri katika vifaa vya IoT.

Kubana Juisi Zaidi kutoka kwa Batri

Intuitively, tunaweza kuongeza wakati wa kukimbia kwa kupunguza tu matumizi ya nguvu ya vifaa vya IoT. Sawa hivyo hiyo ni dhahiri! Lakini unawezaje kufanya hivyo kwa ufanisi na vizuri kuhesabu wakati wa kukimbia unaotarajiwa? Wacha tujue…

Hatua ya 1: Nishati safi

Kuna njia nyingi za kufanya hivyo lakini tunapendelea kuivunja kwa misingi na kubadilisha kila kitu kuwa nishati. Nishati ya umeme hupimwa katika Joules (alama J) na kwa ufafanuzi:

Joule ni nishati inayotoweka kama joto wakati mkondo wa umeme wa amp moja hupita kwenye upinzani wa ohm moja kwa muda wa sekunde moja.

Kwa kuwa nishati (E) pia ni voltage (V) x malipo (Q), tuna:

E = V x Q

Q ni ya sasa (I) x wakati (T):

Swali = I x T

Kwa hivyo nishati katika Joules inaweza kuonyeshwa kama:

E = V x mimi x T

ambapo V ni voltage, mimi ni wa sasa katika Amps na T ni wakati kwa sekunde.

Wacha tufikirie kuwa tuna kifurushi cha betri kilichoundwa na betri nne za alkali za AA (LR6) zilizounganishwa mfululizo. Hii itatupa jumla ya voltage ya kuanzia 4 * 1.5v = 6v. Mwisho wa maisha kwa betri ya alkali AA ni takriban 1.0v kwa hivyo wastani wa voltage itakuwa karibu 1.25v. Kulingana na data ya mfr "Uwezo uliotolewa unategemea mzigo uliotumika, joto la kufanya kazi na voltage iliyokatwa." Kwa hivyo tunaweza kudhani kuhusu 2000mAhr au bora kwa matumizi ya chini ya kukimbia kama kifaa cha IoT.

Kwa hivyo tunaweza kuhesabu kuwa tuna seli 4 x 1.25V kwa kila seli x 2000mAhr * 3600sec = 36000 J ya nishati inayopatikana kutoka kwenye kifurushi hiki cha betri kabla ya kubadilishwa.

Kwa sababu ya mahesabu rahisi, tunaweza pia kudhani ufanisi wa ubadilishaji ni 100% kwa mdhibiti wetu wa mfumo na kupuuza matumizi ya nguvu ya mtawala.

Neno Kuhusu Baiskeli

Hapana, sio aina unayopanda! Kuna dhana kadhaa za kiufundi zinazojulikana kama "Baiskeli ya Nguvu" na "Kulala Baiskeli". Zote zinaweza kutumika kupunguza matumizi ya nguvu lakini kuna tofauti kati ya hizo mbili. Ya kwanza inajumuisha kuzima kifaa chako hadi inahitajika, na kuiwasha kwa muda mfupi tu kufanya kipimo n.k. Ingawa njia hii inajaribu kutumia kwa sababu ya sifuri iliyopo, kuna shida ambayo itachukua muda usio wa maana kuwasha na kuchoma nishati wakati wa kufanya hivyo.

Wazo la pili linajumuisha kuweka tu kifaa katika hali ya kulala na matumaini kwamba itaamka haraka lakini utachoma kiwango kidogo cha sasa wakati umelala. Kwa hivyo ni ipi bora kutumia?

Inategemea ni mara ngapi unahitaji kuamka.

Hatua ya 2: Endesha Hesabu

Tunataka kupata jumla ya nishati (E) iliyosanidiwa kuwa sekunde 1 kwa kila scenerio iliyoorodheshwa hapa chini.

Kesi A: Tc = 1sec; chukua kipimo cha umbali kila kesi ya pili B: Tc = 60sec; chukua kipimo cha umbali kila dakika. Kesi C: Tc = 3600sec; chukua kipimo cha umbali kila saa.

Ili kufanya hivyo, tunaweza kusema Tc ni wakati wa mzunguko wa vipimo vyetu, tumia wakati wa kufanya kazi na toff wakati usiofaa na upange tena fomula zetu za nishati kama inavyoonyeshwa hapa:

Kwa vidogoLiDAR, wakati wa kuanza ni karibu 300ms au chini na wakati huu itachukua wastani wa 12.25mA wakati unafanya kazi kutoka kwa usambazaji wa 2.8v uliodhibitiwa. Kwa hivyo itatumia takriban 10.3mJ ya nishati kwa kila kuanza.

Saa ya kulala / kumaliza kwa vidogoLiDAR ni 3uA ya chini sana. Hii ni chini sana kuliko kiwango cha kujikomboa cha kila mwezi cha 0.3% ya kifurushi cha betri ya alkali kwa hivyo tutachunguza kwa kutumia tu njia ya "kulala baiskeli" hapa.

Kwa nini usitoe na micro na uende moja kwa moja kwenye sensa ya VL53?

Jibu la hii sio wazi kabisa. Katika siku za mwanzo za ukuzaji wa simu za rununu tulijifunza kuwa kuweka processor yenye nguvu ya njaa ya kasi ili kucheza mp3's ilikuwa njia ya moto ya kupunguza maisha ya betri. Hata nyuma wakati huo tulifanya kila juhudi iwezekanavyo kutumia nguvu ya chini "wasindikaji wa maombi" kwa majukumu ya pembeni kama kucheza muziki. Sio tofauti sana leo na kwa kweli, unaweza kusema ni muhimu zaidi tunapochochea vifaa hivi vyote vya IoT na kila uwezo wa betri unaopungua. Kwa hivyo kutumia prosesa ya matumizi ya nguvu ya chini kwa kazi ya pekee ya kudhibiti sensa ya VL53 na kutoa data tayari kwa usindikaji zaidi ni mali dhahiri kwa programu yoyote inayotumiwa na betri.

Njia ndogo za Upimaji wa LIDAR

Huenda isiwe wazi katika mwongozo wa mtumiaji kwa wakati huu [lakini itakuwa wakati fulani kwani kila wakati tunasasisha mwongozo wetu wa mtumiaji:)] - kuna njia tatu tofauti za upimaji katika vidogoLiDAR.

Njia ya MC

Kuanzia kuanzishwa kwa vidogoLiDAR, tulizingatiwa kujaribu kupata vipimo haraka kutoka kwa sensa ya VL53 ToF. Kwa hivyo tuliboresha firmware yetu kupata data ya utiririshaji ya haraka zaidi na thabiti zaidi kutoka kwake. Hii ilijumuisha kuanzisha buffering. Kubomoa kidogo ni jambo zuri kwani inaruhusu mtawala mwenyeji (yaani Arduino) kupata data ya kipimo chake kwa haraka na kuendelea na mambo muhimu zaidi. Kwa hivyo kugandisha ni muhimu kabisa na kwa sababu ya hii tunaweza kufikia viwango vya utiririshaji zaidi ya 900Hz hata kwenye Arduino UNO ya polepole. Kwa hivyo, wakati wa kujibu kwa haraka zaidi ni kutumia MC ndogo yaLiDAR au hali ya "kuendelea".

BTW, ikiwa utapata nafasi, unapaswa kuunganisha kebo ya serial kwa pini ya pato la TTY kwenye tinyLiDAR na utaona ni nini hali hii ya MC inafanya. Kwa kweli inachukua kipimo haraka iwezekanavyo na kwa kufanya hivyo, inajaza bafa ya I2C na data ya hivi karibuni. Kwa bahati mbaya, kwa kuwa inaendesha kwa kasi kamili, pia inawaka kiwango cha juu cha nguvu. Tazama hapa chini kwa grafu ya sasa ya wakati wa hali hii ya MC.

Njia ya SS

Hali inayofuata ni ile tunayoiita "SS" kwa hali ya "hatua moja". Hii kimsingi ni hali ya utendaji sawa juu lakini kwa kitanzi kimoja badala yake. Kwa hivyo unaweza kupata majibu ya haraka kutoka kwa tinyLiDAR lakini data itatoka kwenye sampuli ya hapo awali kwa hivyo italazimika kuchukua vipimo viwili kupata data ya hivi karibuni. Tazama hapa chini kwa grafu ya wakati wa sasa wa hali hii ya SS.

Njia zote hapo juu zinafaa muswada huo vizuri kwa watumiaji wengi kwani walikuwa wepesi na rahisi kutumia - toa tu amri ya "D" na usome matokeo. Walakini…

Kuendelea mbele kwa ulimwengu wa IOT ambapo kila milli-Joule huhesabu, tuna dhana mpya.

Na ni kinyume kabisa na kile tulichoandika katika vidogoLiDAR! Kwa ulimwengu wa IOT tunahitaji vipimo moja kwa vipindi vya mara kwa mara ili kuhifadhi nguvu na kupanua wakati wa kukimbia.

Njia ya RT

Kwa kufurahisha, sasa tunaweza kusema kwamba tuna suluhisho kwa hali hii kama firmware 1.4.0. Inaitwa "RT" mode kwa vipimo vya "muda halisi". Na kimsingi hutumia kichocheo, subiri na soma njia. Ili kuitumia, bado unaweza kutoa tu amri ya "D" ili kuanza kipimo, lakini kwa hali hii ya RT lazima usubiri muda unaofaa wa kipimo kumaliza na kisha soma matokeo. vidogoLiDAR huenda moja kwa moja kwa hali yake ya chini kabisa ya utulivu wa 3uA katikati ya sampuli. Kwa kweli bado ni rahisi kutumia na ufanisi zaidi wa nishati sasa kwa kuwa lazima uchukue kipimo kimoja badala ya mbili kupata data ya hivi karibuni, i.e.

Tazama hapa chini kwa grafu ya wakati wa sasa wa hali hii mpya ya RT.

Hatua ya 3: Vipimo halisi

Kutumia hali ya kuendelea ya MC kwa vipimo vya nadra vya IoT haina maana kwani tunahitaji vipimo moja tu. Kwa hivyo tunaweza kuzingatia mawazo yetu kwa njia za SS na RT badala yake. UendeshajiLiDAR ndogo kutoka kwa usambazaji uliodhibitiwa wa + 2.8v hutupatia utaftaji wa nguvu kabisa. Kwa hivyo kwa kutumia Presets ya Usahihi wa Juu (200ms), tulipima matumizi yafuatayo ya nishati kwenyeLiDAR ndogo:

Modi ya SS / hatua moja: 31.2 mJ wastani juu ya vipimo 2

Modi ya RT / halisi: 15.5mJ wastani juu ya kipimo 1

Kuingiza maadili haya hapo juu katika fomula yetu ya nishati na kurekebisha kwa sekunde moja tunaweza kupata matarajio ya wakati wa kukimbia ukichukulia nishati kutoka kwa kifurushi chetu cha betri ni 36000 J.

Kesi A: kusoma kila sekunde (chukua usomaji 2 kupata data ya hivi karibuni) Tc = 1secTon = 210ms kwa kusoma x 2 kusoma Toff = Tc - Ton = 580msIon (avg) = 26.5mA kwa kusoma Ioff (avg) = 3uA quiescent quentcent Vcc = Voltage ya usambazaji wa 2.8V Nishati inayotumika inayotumiwa na mzigo katika Joules ni Eon = Vcc x Ion x Ton = 2.8V x 26.5mA * 420ms = 31.164mJ Nishati isiyotumika inayotumiwa na mzigo huko Joules ni Eoff = Vcc x Ioff x Toff = 2.8V x 3uA x 580ms = 4.872uJ Kusawazisha kwa TcE = (Eon + Eoff) / Tc = (31.164mJ + 4.872uJ) / 1 = 31.169mJ au 31.2mJ kwa muda wa pili wa sekunde kwa sekunde ndio nishati kamili ya chanzo / nishati inayotumiwa ambayo ni 36000J / 31.2mJ = sekunde 1155000 = masaa 320 = siku 13.3

Kurudia mahesabu haya, tunaweza kupata wakati wa kukimbia kwa hali zingine:

Hali ya SS

Uchunguzi A: Masomo 2 kwa sekunde. Nishati ya kawaida ni 31.2mJ. Kwa hivyo wakati wa kukimbia ni siku 13.3.

Kesi B: Masomo 2 kwa dakika. Nishati ya kawaida ni 528uJ. Kwa hivyo wakati wa kukimbia ni miaka 2.1.

Kesi C: Masomo 2 kwa saa. Nishati ya kawaida ni 17uJ. Wakati wa kukimbia unahesabiwa kwa miaka >> 10, kwa hivyo kupakia kwa sababu yaLiDAR ni kidogo. Kifurushi cha betri kwa hivyo kitazuiliwa tu na maisha ya rafu (yaani takriban miaka 5)

Modi ya RT

Uchunguzi A: 1 Kusoma kwa sekunde. Nishati ya kawaida ni 15.5mJ. Kwa hivyo wakati wa kukimbia ni siku 26.8.

Kesi B: 1 Kusoma kwa dakika. Nishati ya kawaida ni 267uJ. Kwa hivyo wakati wa kukimbia ni miaka 4.3.

Kesi C: 1 Kusoma kwa saa. Nishati ya kawaida ni 12.7uJ. Wakati wa kukimbia umehesabiwa kwa miaka >> 10, kwa hivyo kupakia kwa sababu yaLiDAR ni kidogo. Kifurushi cha betri kwa hivyo kitazuiliwa tu na maisha ya rafu (yaani takriban miaka 5)

Kwa hivyo, hali mpya ya Wakati wa Kweli kutumia baiskeli ya kulala ni faida hapa kupanua muda wa kukimbia miaka 4 iliyopita ikiwa kipimo kimoja kinachukuliwa kila dakika kama inavyoonyeshwa kwenye Kesi B.

Kumbuka kuwa matumizi ya nishati ya mtawala haikuzingatiwa kwa uchambuzi huu na vifurushi vya vifurushi vya betri vilikuwa upande wa kihafidhina. Unaweza kupata betri zenye nguvu zaidi kama unavyotaka kutoshea mahitaji yako.

Asante kwa kusoma na endelea kuwa nasi kwani tutatoa mfano wa IoT inayofanya kazi kutumia tinyLiDAR kwa mafunzo yetu yajayo. Heri!