如何延長智能工廠無線信標(biāo)的使用壽命

工業(yè) 4.0 為我們提供了智能工廠，這些工廠高度數(shù)字化和互聯(lián)（圖 1），可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)制造并提高產(chǎn)量。這些制造設(shè)施中增加的智能不僅提高了生產(chǎn)力，而且還可以在幾乎沒有人為干預(yù)的情況下實(shí)時識別和修復(fù)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(guān)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(jìn)步，我們離讓工廠真正智能化的目標(biāo)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(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(shè)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(yùn)營和運(yùn)作的關(guān)鍵見解，最終減少機(jī)器停機(jī)時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，使它們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(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） 和射頻識別 （RFID），每種技術(shù)都具有不同程度的定位精度、范圍和電池壽命。最后，信標(biāo)的電子設(shè)備必須消耗最少的功率。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龋瑫r價格低廉且功耗低。

圖 2顯示了一個典型的信標(biāo)框圖。單節(jié)堿性電池可提供高達(dá) 2700mAh 的電量，通過 DC-DC 升壓穩(wěn)壓器為車載控制器、傳感器和無線電設(shè)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(biāo)處于睡眠模式。在睡眠模式下，升壓轉(zhuǎn)換器負(fù)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(fù)載曲線如下圖 3所示。

圖 3. 信標(biāo)電流配置文件

在一個典型的室內(nèi)資產(chǎn)跟蹤應(yīng)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(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 nanoPower同步升壓轉(zhuǎn)換器解決了先前解決方案的缺點(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn) 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(guān)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(guān)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(guān)斷電流僅為 0.5nA，遠(yuǎn)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(guān)斷電流，信標(biāo)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(shè)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(dá) 200μA 的 RSEL 值。一個標(biāo)準(zhǔn)的 1% 電阻器可設(shè)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(yīng)用）和更低的靜態(tài)電流。通過閱讀設(shè)計(jì)解決方案“ Triple Punch 延長智能工廠室內(nèi) BLE 信標(biāo)的使用壽命”，了解有關(guān)延長無線信標(biāo)使用壽命的更多方法。

審核編輯：郭婷