如何延長智能工廠無線信標(biāo)的使用壽命

工業(yè)4.0為我們提供了高度數(shù)字化和互聯(lián)的智能工廠，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)制造和提高吞吐量。這些制造設(shè)施中增加的智能不僅提高了生產(chǎn)力，而且還使實(shí)時(shí)識(shí)別和修復(fù)工廠車間的任何故障成為可能，幾乎不需要人工干預(yù)。在過去的幾十年里，自動(dòng)化一直是提高工廠效率的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。隨著通信、大數(shù)據(jù)、人工智能 （AI） 和物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的進(jìn)步，我們越來越接近使工廠真正智能化。

互聯(lián)工廠使用 IoT 框架連接整個(gè)工廠車間的設(shè)備、資產(chǎn)和傳感器。這些傳感器和設(shè)備不僅從工具和機(jī)器收集數(shù)據(jù)，還從材料、貨物、室內(nèi)車輛甚至工廠車間的人員收集數(shù)據(jù)?？梢允褂萌斯ぶ悄?（AI） 分析從這些連接設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，以識(shí)別工廠車間日常運(yùn)營和工作的趨勢、模式和關(guān)鍵見解，最終減少機(jī)器停機(jī)時(shí)間并增加工廠的靈活性。

為了無縫實(shí)現(xiàn)這種連接，無線信標(biāo)連接到設(shè)備和材料上，使其可以通過基于智能手機(jī)的簡單應(yīng)用程序或更復(fù)雜的基于服務(wù)器的系統(tǒng)進(jìn)行跟蹤。這些信標(biāo)需要小巧， 具有成本效益且持久， 同時(shí)由廉價(jià)的一次性電池供電.這些應(yīng)用中使用的無線技術(shù)可能包括 Wi-Fi、低功耗藍(lán)牙 （BLE）、超寬帶 （UWB） 和射頻識(shí)別 （RFID），每種技術(shù)都具有不同程度的位置精度、范圍和電池壽命。最后， 信標(biāo)的電子設(shè)備必須消耗最小的功率.BLE信標(biāo)通常在許多應(yīng)用中受到青睞，因?yàn)樗鼈兲峁└叨ㄎ痪?，同時(shí)仍然便宜且功耗低.

圖 2 顯示了典型的信標(biāo)框圖.單個(gè)堿性電池提供高達(dá) 2700mAh 的電量，通過 DC-DC 升壓穩(wěn)壓器為車載控制器、傳感器和無線電供電。在某些系統(tǒng)中看到單個(gè)紐扣電池的情況并不少見，盡管此示例使用 AA 電池。

圖2.典型信標(biāo)框圖

各種傳感器收集數(shù)據(jù)，然后由無線電傳輸?shù)街醒?a target="_blank">接收器20ms。在接下來的 980 毫秒， 信標(biāo)處于睡眠模式.在休眠模式下，升壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載0.73μA漏電流，數(shù)據(jù)傳輸需要3.2mA峰值的無線電電流脈沖。升壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載曲線如圖3所示。

圖3.信標(biāo)電流配置文件

在一個(gè)典型的室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用中，系統(tǒng)必須僅使用一個(gè)堿性電池即可持續(xù)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(shè)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(dǎo)致電池在兩年內(nèi)下降61天。

MAX17222毫微功耗同步升壓轉(zhuǎn)換器解決了先前方案的缺點(diǎn)。該器件提供高效率、400mV 至 5.5V 輸入范圍、0.5A 峰值電感器電流限值以及可使用單個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻器選擇的輸出電壓。新穎的真關(guān)機(jī)模式產(chǎn)生納安范圍內(nèi)的漏電流，使其成為真正的毫微功耗器件。

真關(guān)斷功能將輸出與輸入斷開，無正向或反向電流，從而產(chǎn)生非常低的漏電流。如果使用上拉電阻器使能/禁用操作，則還必須考慮真關(guān)斷模式下的上拉電流。相反，如果使能（EN）引腳由推挽式外部驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)器由不同的電源供電，則沒有上拉電流，停機(jī)電流僅為0.5nA，遠(yuǎn)低于前面討論的典型情況下的0.2μA。

升壓轉(zhuǎn)換器在峰值電流下的效率為 92.5%，總輸入靜態(tài)電流為 1.15μA，關(guān)斷電流為 0.5nA，因此信標(biāo)的使用壽命比典型穩(wěn)壓器長兩個(gè)多月（見表 1）。

表 1.兩個(gè)穩(wěn)壓器的電池壽命比較

MAX17222采用傳統(tǒng)的電阻分壓器，用單路輸出選擇電阻（RSEL）設(shè)置輸出電壓值。該芯片使用專有方案讀取RSEL值，僅在啟動(dòng)時(shí)消耗高達(dá)200μA的電流。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻器設(shè)置 33 種不同輸出電壓之一，在 100.1V 和 8V 之間以 5mV 的增量相隔。結(jié)果是物料清單 （BOM） 略有減少（少一個(gè)電阻器），簡化庫存（單個(gè)穩(wěn)壓器用于多種應(yīng)用），并降低靜態(tài)電流。

審核編輯：郭婷