如何延長智能工廠無線信標的使用壽命

工業(yè) 4.0 為我們提供了智能工廠，這些工廠高度數(shù)字化和互聯(lián)（圖 1），可實現(xiàn)自適應制造并提高產(chǎn)量。這些制造設施中增加的智能不僅提高了生產(chǎn)力，而且還可以在幾乎沒有人為干預的情況下實時識別和修復工廠車間的任何故障。在過去的幾十年里，自動化一直是提高工廠效率的關鍵驅(qū)動力。隨著通信、大數(shù)據(jù)、人工智能 （AI） 和物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的進步，我們離讓工廠真正智能化的目標越來越近。

互聯(lián)工廠使用物聯(lián)網(wǎng)框架連接工廠車間的設備、資產(chǎn)和傳感器。這些傳感器和設備不僅從工具和機器中收集數(shù)據(jù)，還從材料、貨物、室內(nèi)車輛甚至工廠車間的人員中收集數(shù)據(jù)?？梢苑治鰪倪@些連接設備收集的數(shù)據(jù)，使用人工智能 （AI） 來識別趨勢、模式和對工廠車間日常運營和運作的關鍵見解，最終減少機器停機時間并增加工廠的靈活性。

為了無縫實現(xiàn)這種連接，無線信標連接到設備和材料上，使它們可以通過基于智能手機的簡單應用程序或更復雜的基于服務器的系統(tǒng)進行跟蹤。這些信標需要體積小、成本效益高且使用壽命長，同時由廉價的一次性電池供電。這些應用中使用的無線技術可能包括 Wi-Fi、低功耗藍牙 （BLE）、超寬帶 （UWB） 和射頻識別 （RFID），每種技術都具有不同程度的定位精度、范圍和電池壽命。最后，信標的電子設備必須消耗最少的功率。BLE 信標通常在許多應用中受到青睞，因為它們提供高定位精度，同時價格低廉且功耗低。

圖 2顯示了一個典型的信標框圖。單節(jié)堿性電池可提供高達 2700mAh 的電量，通過 DC-DC 升壓穩(wěn)壓器為車載控制器、傳感器和無線電設備供電。盡管此示例使用 AA 電池，但在某些系統(tǒng)中看到單個紐扣電池并不少見。

圖 2. 典型的 Beacon 框圖

各種傳感器收集數(shù)據(jù)，然后通過無線電將其傳輸 20 毫秒至一個集中式接收器。在接下來的 980 毫秒內(nèi)，信標處于睡眠模式。在睡眠模式下，升壓轉(zhuǎn)換器負載的漏電流為 0.73μA，而數(shù)據(jù)傳輸需要峰值為 3.2mA 的無線電電流脈沖。升壓轉(zhuǎn)換器負載曲線如下圖 3所示。

圖 3. 信標電流配置文件

在一個典型的室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤應用中，系統(tǒng)必須僅使用一節(jié)堿性電池就可以使用兩年。典型的升壓穩(wěn)壓器具有 0.2μA 的漏電流、10μA 的靜態(tài)電流、85% 的峰值效率和 50% 的低電流效率。假設輸入電壓為 1.5V，輸出電壓為 3.3V，輸出休眠電流為 0.73μA，則從電池汲取的平均電流為 168μA，導致電池在兩年內(nèi)下降 61 天。

MAX17222 nanoPower同步升壓轉(zhuǎn)換器解決了先前解決方案的缺點。它提供高效率、400mV 至 5.5V 輸入范圍、0.5A 峰值電感電流限制以及可使用單個標準 1% 電阻器選擇的輸出電壓。新穎的 True Shutdown ?模式產(chǎn)生納安范圍內(nèi)的漏電流，使其成為真正的納功率器件。

真正的關斷功能將輸出與輸入斷開，沒有正向或反向電流，從而產(chǎn)生非常低的泄漏電流。如果使用上拉電阻來啟用/禁用操作，則還必須考慮真正關斷模式下的上拉電流。相反，如果啟用 （EN） 引腳由推挽式外部驅(qū)動器驅(qū)動，該驅(qū)動器由不同的電源供電，則沒有上拉電流，關斷電流僅為 0.5nA，遠低于 0.2μA。前面討論的典型案例。

憑借升壓轉(zhuǎn)換器在峰值電流下的 92.5% 效率、1.15μA 總輸入靜態(tài)電流和 0.5nA 關斷電流，信標的使用壽命比典型穩(wěn)壓器長兩個多月（見表 1）。

表 1. 兩個穩(wěn)壓器之間的電池壽命比較

MAX17222 將用于設置輸出電壓值的傳統(tǒng)電阻分壓器替換為單個輸出選擇電阻器 （RSEL）。該芯片使用專有方案讀取僅在啟動時消耗高達 200μA 的 RSEL 值。一個標準的 1% 電阻器可設置 33 種不同的輸出電壓之一，在 1.8V 和 5V 之間以 100mV 增量分隔。結(jié)果是材料清單 （BOM） 小幅減少（減少了一個電阻器）、簡化了庫存（一個穩(wěn)壓器用于多種應用）和更低的靜態(tài)電流。通過閱讀設計解決方案“ Triple Punch 延長智能工廠室內(nèi) BLE 信標的使用壽命”，了解有關延長無線信標使用壽命的更多方法。

審核編輯：郭婷