Rutronik: consumo de energia dos dispositivos de localização

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RUTRONIK consumo de energia dos dispositivos de localização RAPIDAMENTE NA LINHA DA META Harald Naumann Field Application Engineer Wireless RUTRONIK Elektronische Bauelemente GmbH

Onde estås? Os dispositivos de localização respondem a esta pergunta, quer se trate de mercadorias ou camiþes, de uma pintura, do destino de uma viagem de automóvel ou de um tesouro de geocaching.

O que todos tĂŞm em comum: baseiam-se em mĂłdulos GSM ou GPS e sĂŁo funcionais e econĂłmicos, inclusive no que se refere ao consumo de potĂŞncia.

O consumo de energia Ê muito importante, não só no que se refere aos localizadores alimentados por bateria, sendo tambÊm um fator crítico quando Ê utilizada uma fonte de alimentação fixa, devido às variaçþes e aos picos de corrente. Não Ê possível generalizar qual serå o valor do consumo de energia, por isso, a Rutronik realizou uma sÊrie de mediçþes do consumo nos diferentes modos de funcionamento.

Eis o resultado das mediçþes: o consumo de potência dos módulos difere muito consoante as condiçþes de funcionamento, variando desde 1 ΟA no Modo Stop, atÊ 2 A e mais no Modo Transmissão. Os valores mÊdios tambÊm diferem de aplicação para aplicação, consoante os modos mais utilizados com as aplicaçþes. Por exemplo, um sistema de localização para monitorização de uma pintura requer uma corrente de serviço de apenas alguns microamperes. Encontra-se quase sempre no modo de baixo consumo e só estabelece comunicação quando surge um alarme. A aplicação atinge um consumo mÊdio de 480 mA no GPRS da Classe 10 e com uma potência de saída de 2 Watt.

No entanto, como o consumo de potĂŞncia apresenta variaçþes muito fortes para cima e para baixo, o valor mĂŠdio tem uma utilidade muito relativa. Alguns componentes tĂŞm de ser concebidos para os valores mĂĄximos. E o consumo do aparelho sĂł pode ser verdadeiramente otimizado se os dados de cada um dos modos forem conhecidos. A Rutronik documentou estes dados numa sĂŠrie de mediçþes. Os picos de corrente foram registados com um osciloscĂłpio com memĂłria. Uma resistĂŞncia de medição de 100 mOhm foi ligada em sĂŠrie ao mĂłdulo GPRS Telit GL865-Quad. “Escolhemos um mĂŠtodo de medição que permitisse obter valores com uma validade tĂŁo geral quanto possĂ­vel e que fornecesse uma boa base de decisĂŁo para todos os desenvolvimentos dos aparelhosâ€?, explica Harald Naumann, Field Application Engineer Wireless da Rutronik.

Os resultados: 1 ÎźA: no Modo Stop

te, a descarga espontânea da bateria jå se encontra acima do consumo de potência no www.oelectricista.pt o electricista 41

Modo Stop. Microcontroladores como o Renesas RL78, otimizados para um consumo de corrente extremamente baixo, precisam de 70 ÎźA por MHz e 0,52 ÎźA no Modo Stop.

O módulo GPRS Ê desligado com separação galvânica. O microcontrolador e a descarga espontânea são determinantes relativamente ao tempo måximo de funcionamento da aplicação.

14 12 10 8 6 4 2 0

12,5 ÎźA 10,6 ÎźA BEST

5,6 ÎźA 3,6 ÎźA

0,7 ÎźA A

B

C

D

RL78/G13

Figura 1 RL78 70 ÎźA por MHz.

400 350 300 250 200 150 100 50 0

363 ÎźA

380 ÎźA

213 ÎźA

BEST

150 ÎźA 70 ÎźA

A

B

C

D

RL78/G13

Figura 2 RL78 com 0,70 ÎźA no Modo 32 KHz.

16 14 12 10 8 6 4 2 0

14,3 ÎźA 10,3 ÎźA

5,1 ÎźA

BEST

3,4 ÎźA 0,52 ÎźA A

B

C

D

Figura 3 RL78 com 0,52 ÎźA no Modo Stop.

RL78/G13

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Figura 5 Consumo de energia durante o estabelecimento da ligação GSM.

atingem 2 A e o consumo mĂŠdio 230 mA. O equipamento de ensaio mediu picos de 2 A

x 4,5 s = 1.035 mAs. Se o estabelecimento da ligação necessitar de apenas 1 segundo, resulta em 250 mA x 1 s = 230 mAs.

Modos de funcionamento dos módulos GPS Seguem-se vårios exemplos de estados de funcionamento de módulos GPS. De entre os muitos modos de economia de energia Ê referido apenas o modo SiRFaware™, a título de exemplo. O consumo de energia, mas tambÊm a precisão alcançåvel, aumenta com o número de canais GPS utilizados. O número de satÊlites GPS captåveis Ê limitado pela curvatura da superfície terrestre. Os módulos mais recentes são capazes de receber em paralelo cinco sistemas de satÊlite. Na Europa são atualmente o GPS e o Glonass e, num futuro próximo, tambÊm o Galileo.

58 mW com GPS 58 mW/3,8 Volts = 15 mA ou 70 mA/3,8 Volts = 18,4 mA. Para manter o consumo de energia tão baixo quanto possível Ê essencial reduzir o tempo para a primeira determinação da posição. O A-GPS pode encurtar substancialmente este tempo. Os designers que utilizam módulos GPS da Fastrax recebem um acesso gratuito ao Fastrax A-GPS Server. Com este podem acelerar à localização e minimizar o consumo de energia dos seus dispositivos.

Figura 6 Consumo de energia durante a receção de um SMS.

ca uma economia nítida, comparado com o consumo de energia envolvendo uma maior duração da localização sem o SiRFaware™.

150 mW com GPS/Glonass Para aplicaçþes em que Ê necessåria a obten

"#

$

%

# & Neste caso, muitas vezes o melhor caminho Ê um maior consumo de energia. Assim, na utilização de um módulo combinado GPS/Glonass, como o Fastrax IT600, o consumo de potência aumenta com o número de canais que o módulo utiliza ativamente na receção de satÊlite. Ao mesmo tempo, Ê melhorada a determinação da posição. Podem ser recebidos atÊ 32 canais em paralelo.

Em Paris foram captados 21 canais em simultâneo durante um teste. Uma vez que o IT600 tambÊm pode receber do Galileo, a futura colocação em funcionamento deste sistema de satÊlite irå permitir implementar em pleno os 32 canais. No total, alÊm do sistema GPS americano, o Fastrax IT600 pode utilizar o sistema Glonass russo, o futuro sistema europeu Galileo, o QZSS japonês, o Compass chinês, e todos os sistemas SBAS.

500 ΟA para SiRFawareTM Para aplicaçþes que pedem frequentemente a posição GPS atual, recomenda-se a utilização do SiRFaware™, uma tecnologia que carrega os dados das efemÊrides em segundo plano. Em paralelo Ê tambÊm sincronizado o relógio de tempo real. No processo são

! www.oelectricista.pt o electricista 41

A escolha do mĂłdulo GPS ou do mĂłdulo GNSS (Global Navigation Satellite System), do A-GPS ou do A-GNSS, e do modo de economia de energia certo influencia substancialmente o consumo de potĂŞncia e o tempo de standby de um localizador. “No entanto, isto ĂŠ tudo menos simples, porque nĂŁo existe um mĂłdulo GPS certo nem um conceito certo para o consumo de energiaâ€?, diz Harald Naumann. Por isso, antes de desenharem os dispositivos, os designers devem ponderar uma

' *

+ GNSS que suporta o GPS, ou serĂĄ necessĂĄrio um mĂłdulo hĂ­brido GPS/Glonass/Galileo?

9 ; < ;>@JX J das interfaces para girómetro, acelerómetro, sensores de pressão, magnetómetro ou tacómetro? Deverå ser desenvolvido primeiro um protótipo, para que se possa testar quais os sensores que melhor suportam a localização? Serå útil um dos 5 modos de economia de energia e, se sim, qual? Quais as antenas mais adequadas?

Depois de respondidas todas estas questĂľes, hĂĄ que esclarecer os mesmos fatores para o mĂłdulo GSM/GPRS: o GSM ĂŠ

X Y >@[J

" X Y \JJ] adequado para reduzir o consumo de energia? Como atingir a SAR, como a R&TTE europeia, a FCC ou PTCRB americana, a ATEX (ATmosphère EXplosible) europeia ou a Anatel brasileira? Que conceito de fornecimento de energia ou que bateria devem ser utilizadas? Esta tomada de decisão complexa rapidamente se torna uma odisseia para os designers sem conhecimentos de wireless

&

e aplicaçþes experientes do distribuidor ajudam-nos para que, durante a conceção dos dispositivos, estes cheguem com rapidez e segurança aos seus objetivos.

Figura 7 Consumo de energia durante a transmissĂŁo

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de um SMS.

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