Diplomarbeit ? Konzeption und Evaluierung eines ... - CES

mW
200
175
150
125
100
75
50
25
0
Power down
Funkchip
Grundsystem
CPU 10 MHz CPU 40 MHz
CPU idle
CPU 20 MHz
RF idle
RX (idle)
3.3. Gegebenheiten
TX (-30 dBm) TX (0 dBm)
RX (active) TX (-15 dBm) TX (10 dBm)
Abbildung 3.3: Übersicht über die Messwerte der Leistungsaufnahme des Systems
während verschiedener Betriebsmodi.
zum besseren Verständnis kurz beschrieben, Abbildung 3.3 zeigt eine Übersicht über
die jeweiligen Leistungsaufnahmen dieser Systemzustände. Die Messwerte könnten beispielsweise
dazu verwendet werden, ein Modell zur Simulation des Sensorknotens anzufertigen.
Sie dienen ebenfalls einer groben Abschätzung der möglichen Energieeffizienz
des Systems. Abbildung 3.4 zeigt den Verlauf der Batteriespannung (Entladekurve) eines
aktiven und eines passiven Knotens. Der aktive Knoten sendet hierbei pro Sekunde
ein Paket bei voller Sendeleistung aus. Der passive Knoten führt, außer der periodischen
Messung der Batteriespannung und dem Abspeichern dieser im Flash, keine anderen
Aktionen durch. Die übrige Zeit befinden sich beide Knoten in einem Power-Down
Mode.
In der folgenden Auflistung der gemessenen Systemzustände ist die Angabe des Verbrauchs
in mW immer die Gesamtaufnahme des Systems.
Power down 11mW
Im ” Power down“ Mode sind alle Komponenten soweit dies möglich ist vollständig
abgeschaltet bzw. in einem ” ultra low Power“ Mode. Der Microcontroller lässt sich
nur noch über externe Interrupts wecken, da alle internen Komponenten deaktiviert
sind und nicht mit einem Takt versorgt werden. Bevor die CPU nach einem
Weckvorgang wieder zur Verfügung steht, vergeht eine kurze Zeit, bis sich die
Takterzeugung eingeschwungen hat. Aktiv ist lediglich ein kleiner Rest analoger
Schaltung sowie der Schaltregler, welche sich um die Umwandlung der Batteriespannung
in stabile 3,0 Volt kümmert. Aus nicht nachvollziehbaren Gründen
benötigt ein Sensorknoten in diesem Zustand dennoch 11mW und schränkt damit
die längste zu erwartende Laufzeit eines Knotens nicht unerheblich ein. Die zwei
Akkus haben eine Nennkapazität von 700mAh bei 1,2 Volt (entspricht 1,68Wh).
Es ergibt sich somit eine rechnerisch maximale Laufzeit von etwa 6 Tagen. Praktisch
wurden nur etwa 5 Tage erreicht (siehe Abbildung 3.4), was möglicherweise
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