如何延长智能工厂无线信标的使用寿命

工业4.0为我们提供了高度数字化和互联的智能工厂，以实现自适应制造和提高吞吐量。这些制造设施中增加的智能不仅提高了生产力，而且还使实时识别和修复工厂车间的任何故障成为可能，几乎不需要人工干预。在过去的几十年里，自动化一直是提高工厂效率的关键驱动力。随着通信、大数据、人工智能 （AI） 和物联网 （IoT） 的进步，我们越来越接近使工厂真正智能化。

互联工厂使用 IoT 框架连接整个工厂车间的设备、资产和传感器。这些传感器和设备不仅从工具和机器收集数据，还从材料、货物、室内车辆甚至工厂车间的人员收集数据。可以使用人工智能 （AI） 分析从这些连接设备收集的数据，以识别工厂车间日常运营和工作的趋势、模式和关键见解，最终减少机器停机时间并增加工厂的灵活性。

为了无缝实现这种连接，无线信标连接到设备和材料上，使其可以通过基于智能手机的简单应用程序或更复杂的基于服务器的系统进行跟踪。这些信标需要小巧， 具有成本效益且持久， 同时由廉价的一次性电池供电.这些应用中使用的无线技术可能包括 Wi-Fi、低功耗蓝牙 （BLE）、超宽带 （UWB） 和射频识别 （RFID），每种技术都具有不同程度的位置精度、范围和电池寿命。最后， 信标的电子设备必须消耗最小的功率.BLE信标通常在许多应用中受到青睐，因为它们提供高定位精度，同时仍然便宜且功耗低.

图 2 显示了典型的信标框图.单个碱性电池提供高达 2700mAh 的电量，通过 DC-DC 升压稳压器为车载控制器、传感器和无线电供电。在某些系统中看到单个纽扣电池的情况并不少见，尽管此示例使用 AA 电池。

图2.典型信标框图

各种传感器收集数据，然后由无线电传输到中央接收器20ms。在接下来的 980 毫秒， 信标处于睡眠模式.在休眠模式下，升压转换器负载0.73μA漏电流，数据传输需要3.2mA峰值的无线电电流脉冲。升压转换器负载曲线如图3所示。

图3.信标电流配置文件

在一个典型的室内资产跟踪应用中，系统必须仅使用一个碱性电池即可持续两年。典型的升压稳压器具有 0.2μA 的漏电流、10μA 的静态电流、85% 的峰值效率和 50% 的低电流效率。假设输入电压为1.5V，输出电压为3.3V，输出休眠电流为0.73μA，则从电池汲取的平均电流为168μA，导致电池在两年内下降61天。

MAX17222毫微功耗同步升压转换器解决了先前方案的缺点。该器件提供高效率、400mV 至 5.5V 输入范围、0.5A 峰值电感器电流限值以及可使用单个标准 1% 电阻器选择的输出电压。新颖的真关机模式产生纳安范围内的漏电流，使其成为真正的毫微功耗器件。

真关断功能将输出与输入断开，无正向或反向电流，从而产生非常低的漏电流。如果使用上拉电阻器使能/禁用操作，则还必须考虑真关断模式下的上拉电流。相反，如果使能（EN）引脚由推挽式外部驱动器驱动，该驱动器由不同的电源供电，则没有上拉电流，停机电流仅为0.5nA，远低于前面讨论的典型情况下的0.2μA。

升压转换器在峰值电流下的效率为 92.5%，总输入静态电流为 1.15μA，关断电流为 0.5nA，因此信标的使用寿命比典型稳压器长两个多月（见表 1）。

表 1.两个稳压器的电池寿命比较

 

2700毫安时，VIN= 1.5V， Vout= 3.3V
	IOUT_TRANSMIT mA	ηPEAK%	ηLOW CURRENT %	IIN_AVERAGEµA	Years	Delta Days
MAX17222	3182	92.5%	57.5%	154	2.00	61
Competitor	3182	85%	50%	168	1.83

 

MAX17222采用传统的电阻分压器，用单路输出选择电阻（RSEL）设置输出电压值。该芯片使用专有方案读取RSEL值，仅在启动时消耗高达200μA的电流。单个标准 1% 电阻器设置 33 种不同输出电压之一，在 100.1V 和 8V 之间以 5mV 的增量相隔。结果是物料清单 （BOM） 略有减少（少一个电阻器），简化库存（单个稳压器用于多种应用），并降低静态电流。

审核编辑：郭婷