4G CAT1類(lèi)產(chǎn)品功耗的研發(fā)測(cè)試方案

一、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中存在的問(wèn)題

在一些物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，有些場(chǎng)景由于使用電池供電，使得對(duì)產(chǎn)品有功耗要求。這就需要在產(chǎn)品研發(fā)階段，測(cè)試產(chǎn)品不同工作階段的功耗，以確保產(chǎn)品在電池供電的情況下，達(dá)到客戶(hù)要求的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。

二、該問(wèn)題帶來(lái)的危害及影響

如果不對(duì)4G CAT1 產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際的功耗測(cè)試，就無(wú)法評(píng)估出產(chǎn)品實(shí)際工作中所消耗的電量，無(wú)法選擇出為設(shè)備供電所適合的電池，如果選擇的電池容量超過(guò)產(chǎn)品實(shí)際工作周期中使用的電量，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加，造成不必要的浪費(fèi)；如果選擇的電池容量小于產(chǎn)品實(shí)際工作周期中消耗的電量，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品還未到達(dá)使用周期的情況下，電池電量已經(jīng)消耗完畢，達(dá)不到產(chǎn)品使用周期而無(wú)法工作。

三、解決方法

方法一

1、原理介紹

測(cè)試AM430EV5 SOM板功耗，采用微安級(jí)功耗測(cè)試儀EMK850，通過(guò)開(kāi)源DTU底板給SOM板供電，串口接電腦端串口調(diào)試助手，通過(guò)串口助手設(shè)置4G CAT1 AM430EV5 SOM板的工作狀態(tài)（注網(wǎng)，待機(jī)，TCP連接上行通信，下行通信，斷開(kāi)連接，休眠），測(cè)試產(chǎn)品的電流值。測(cè)試儀上位機(jī)可以獲取到產(chǎn)品工作與休眠時(shí)的瞬態(tài)電流，平均電流以及某個(gè)時(shí)段的功耗，從而可以統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品在整個(gè)工作周期的功耗。

2、方案詳情

測(cè)試儀器實(shí)物

2.1 首先按照上圖搭建測(cè)試環(huán)境

2.2. 測(cè)試設(shè)備接線(xiàn)

分析儀外接電源，用 USB 線(xiàn)連接分析儀和電腦。上位機(jī)將自動(dòng)識(shí)別功耗分析儀設(shè)備、打開(kāi)設(shè)備數(shù)據(jù)通信 端口，并顯示設(shè)備就緒字樣。 安裝并運(yùn)行上位機(jī)軟件，點(diǎn)擊啟動(dòng)，可以看到電壓和空載時(shí)的噪音波形。

前面板的紅黑接線(xiàn) 柱為電源輸出，連接待測(cè)4G CAT1設(shè)備正負(fù)極。 確認(rèn)輸出電壓無(wú)誤后連接待測(cè)設(shè)備到分析儀前面板的電源輸出端

2.3. 安裝并運(yùn)行上位機(jī)軟件

上位機(jī)將自動(dòng)識(shí)別功耗分析儀設(shè)備、打開(kāi)設(shè)備數(shù)據(jù)通信端口，顯示設(shè)備就緒字樣，設(shè)定4G CAT1設(shè)備工作電壓，點(diǎn)擊啟動(dòng)，可以看到電壓和空載時(shí)的噪音波形，波形下方可以看到設(shè)備的實(shí)時(shí)電流與某個(gè)時(shí)間的功耗。黃色曲線(xiàn)是最大值曲線(xiàn)，藍(lán)色是平均值，計(jì)算功耗用平均值，最大值一般時(shí)間很短，只是能體現(xiàn)一些電流特征，有參考意義。 波形圖上，在需要的位置鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊設(shè)置顯示虛線(xiàn)游標(biāo)。游標(biāo)可拖動(dòng)到指定位置，便于查看特定時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值。

2.4游標(biāo)統(tǒng)計(jì)

波形圖上，在需要的位置鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊設(shè)置顯示虛線(xiàn)游標(biāo)。游標(biāo)可拖動(dòng)到指定位置，便于查看特定時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值，對(duì)應(yīng)4G CAT1設(shè)備，可以通過(guò)游標(biāo)統(tǒng)計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)4G CAT1設(shè)備一個(gè)工作周期的功耗（工作開(kāi)始與工作結(jié)束設(shè)備實(shí)時(shí)功耗均為為微安級(jí)，如上圖所示）

2.5.測(cè)試DTU底板功耗

首先不接SOM板，測(cè)試DTU底板的功耗，按照上述方法測(cè)試，底板平均功耗為：25.36mA

2.6 測(cè)試注網(wǎng)及首次通信功耗

底板接SOM 板上電后，4G CAT1設(shè)備開(kāi)始初始化操作，包括識(shí)別SIM卡，并自動(dòng)注冊(cè)附件的基站，獲取IP地址與網(wǎng)絡(luò)時(shí)間。當(dāng)連接4G CAT1串上位機(jī)顯示“connect OK”，表示SOM板成功連接服務(wù)器。

注網(wǎng)功耗與4G CAT1設(shè)備注網(wǎng)時(shí)間有關(guān)，時(shí)間越長(zhǎng)功耗越大（通常狀況下注網(wǎng)時(shí)間為10s左右，不超過(guò)30s）。此時(shí)通過(guò)游標(biāo)統(tǒng)計(jì)注網(wǎng)時(shí)的功耗。如下圖所示：注網(wǎng)時(shí)間7s, 總電流 69.7mA，減去底板功耗25.36mA SOM板首次聯(lián)網(wǎng)電流：44.34mA，功耗為：86.2uAh

2.7.測(cè)試設(shè)備產(chǎn)品待機(jī)功耗

SOM板首次連接上服務(wù)器后，每隔一段時(shí)間發(fā)送一次心跳數(shù)據(jù)，SOM板在發(fā)送心跳數(shù)據(jù)間隔期間為待機(jī)功耗，下圖所示：待機(jī)間隔時(shí)間為18s, 平均電流為43.82 mA, 減去底板電流：25.36mA，待機(jī)電流為：18.46mA, 18s內(nèi)待機(jī)功耗為：91.8uA*h

2.8 測(cè)試SOM板一次通信功耗

如下圖所示，一次心跳發(fā)送，時(shí)間為11.6s,平均功耗為80.74mA，底板電流為25.36mA, SOM板電流為:55.38mA. 一次通信功耗為：178.4uAh

2.9 設(shè)備功耗統(tǒng)計(jì)

用游標(biāo)統(tǒng)計(jì)（波形圖上，在需要的位置鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊設(shè)置顯示虛線(xiàn)游標(biāo)。游標(biāo)可拖動(dòng)到指定位置，便于查看特定時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值） ，對(duì)應(yīng)4G CAT1設(shè)備，可以通過(guò)游標(biāo)統(tǒng)計(jì)，可以統(tǒng)計(jì)4G CAT1設(shè)備一個(gè)工作周期的功耗（工作開(kāi)始與工作結(jié)束設(shè)備實(shí)時(shí)功耗均為為微安級(jí)，如上圖所示）

采用上述方法，記錄設(shè)備一個(gè)工作周期內(nèi)的功耗（游標(biāo)統(tǒng)計(jì)下的功耗）:P1，再乘以設(shè)備需要的工作次數(shù)與單次工作時(shí)間:N*t,表示設(shè)備整個(gè)工作的功耗，再加上設(shè)備待機(jī)功耗為：設(shè)備總的待機(jī)時(shí)間為整個(gè)周期T減去工作時(shí)間T-N*t，乘以待機(jī)功耗P2。

設(shè)備整個(gè)待機(jī)時(shí)間的功耗為：P1*N*t+P1*(T-N*t)

例如：4G CAT1 AM430EV5 需要待機(jī)7天，每天發(fā)送50次數(shù)據(jù)，每次發(fā)送的平均功耗為178.4uAh, 待機(jī)電流為55.38mA,3個(gè)月的待機(jī)功耗為：7*50*178.4μA*h+18mA*(24h-50*11s/3600)*7=62.44mA+3004mA=3062.44mA

3、需要的測(cè)試設(shè)備或測(cè)試環(huán)境

5V或者12V直流電源適配器

USB數(shù)據(jù)線(xiàn)

功耗測(cè)試儀EMK850及上位機(jī)

DTU上位機(jī)

服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手

操作手冊(cè).pdf

EMK系列功耗儀1分鐘快速使用.docx

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審核編輯 黃宇