描述

這是一個舊項目的延續，該項目完成了溫度傳感器程序的基本設計，該程序將當前空氣溫度顯示在電子墨水顯示屏上。如果你還沒有，我建議你回去看看。

第 2 部分側重于功率計算和節省。如第 1 部分所述，如果該項目要過渡到可穿戴設備，我需要確保我的電池管理效率很高。我想用 3V、320mAH 的紐扣電池長時間運行整個設備。為了實現合理的電池壽命，我必須實現一些內置的省電技術。

功率測量

為了測量每個組件的功耗，我決定使用具有高增益的電流檢測放大器 (CSA)。我發現 MAX9922 評估套件非常適合此應用。我將感測電阻器從 0.1 歐姆更換為 1 歐姆。如果您不熟悉電流檢測放大器，基本概念是該檢測電阻上的電壓降將乘以增益（在本例中為 250），然后可以測量放大的輸出。通過增加檢測電阻，我實質上縮小了該放大器的整體范圍，同時提高了輸出精度。我可以測量的最大電流僅為 11 mA，而不是使用 0.1 歐姆電阻器時的 110 mA。雖然精度急劇增加，因為現在 40 微安的變化將導致 10mV 的電壓增益，而不是 1mV。因為我知道微控制器最大只能拉大約 8 mA，所以我想盡可能精確。

由于我們正在測量電壓變化，我們可以將 CSA 的輸出連接到示波器并查看電流消耗模式，而不僅僅是像 DMM 上的瞬時值。這將使我們能夠檢測電流消耗的模式，并真正可視化這些節能技術。

值得一提的是，我的測量值以 mA 為單位。由于我知道每個組件上運行的電流和電壓，我可以通過 P = I * V 輕松計算功率。以下部分將逐個介紹每個組件并展示代碼優化前后的電流消耗趨勢。最終（定量）結果可以在本文底部找到。

屏幕啟用

這些技術中的第一個是在不使用電子墨水的板載芯片時禁用它。芯片本身在轉換屏幕方面非常有用，但它也帶有一些我不想使用的額外功能。其中一項功能是輸出到“3V3”引腳的 LDO。我不需要調節的 3.3V 輸出，所以我想確保它盡可能長時間處于非活動狀態。

還有一個板載 SRAM 模塊，我選擇不使用。一旦芯片的使能引腳變為低電平，該 SRAM 就會丟失其所有內存，并且在處于活動模式時會消耗相當多的電流。我發現 MAX32660 有足夠的內存來容納多個完整的屏幕，因此屏幕模塊上不需要額外的內存。

無需修改代碼，電流消耗遵循以下模式：

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電子墨水顯示電流消耗（始終有效）

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屏幕轉換時會出現較大的峰值，但在靜止期間消耗相對較低。為了禁用芯片并將屏幕設置為睡眠模式，請在屏幕不使用時將啟用引腳（“EN”）設置為低電平。

這里你要小心一點，因為在“updateScreen();”之后屏幕實際上還在轉換。命令被發送。在禁用啟用之前，我為此功能設置了延遲，以確保屏幕在切斷電源之前完成轉換。在屏幕轉換之間啟用設置較低時，新的電流消耗趨勢如下所示：

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電子墨水顯示電流消耗（過渡期間激活）

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通過在轉換之間禁用啟用，靜態電流消耗顯著下降。由于沒有使用 SRAM，并且在停機期間沒有更新屏幕，因此除了當前節省之外沒有其他后果。您可以輕松地看到使能設置回活動的點，并且屏幕開始轉換。

溫度傳感器一鍵式

MAX30205人體溫度傳感器內置低功耗模式。我可以發送一次性信號，而不是進行連續的溫度測量。該信號將告訴傳感器記錄一個溫度讀數，將其存儲在溫度寄存器中，然后返回低功耗模式。我可以在需要轉換屏幕之前發送此信號，并盡可能長時間地將傳感器保持在低功耗模式。

在不使用一次性功能的情況下，我當前的消耗情況如下：

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溫度傳感器電流消耗（始終有效）

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傳感器始終處于活動狀態，并持續測量溫度，無論微控制器是否讀取它。只需快速更改為使用這種一次性方法，我的新消費模式就會更改為：

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溫度傳感器電流消耗（在溫度讀數期間有效）

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如您所見，平均電流消耗急劇下降。唯一保持活動狀態的組件是指定的存儲單元、實時時鐘和喚醒定時器，以及電源排序邏輯。所有其他組件都已關閉，微型計算機基本上處于休眠狀態。

在這個項目中，我只需要實時時鐘和喚醒定時器，以及保持活躍的內存。這樣，我可以在預定時間后喚醒系統，我所有的屏幕數據都將保存在內存中。

在沒有啟用深度睡眠的情況下，我觀??察到了這種電流消耗特性：

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微控制器電流消耗（始終有效）

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控制器始終處于開啟狀態，盡管它已準備好從傳感器讀取數據并更新屏幕，但它僅每 10 秒更新一次。通過啟用深度睡眠功能并關閉所有不必要的組件，新特性如下所示：

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微控制器電流消耗（屏幕轉換期間激活 + 溫度讀數）

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節省的成本在控制器的占空比中清楚地顯示出來。當沒有進行測量并且屏幕沒有更新時，微控制器應該處于可能的最低功耗狀態。睡眠周期可以輕松配置為用戶需要的長短，也可以通過 GPIO 信號啟用，而不是 RTC。

最終結果

在測量每個組件的電流消耗時，我決定取每個周期的平均電流消耗。使用這些信息，我可以根據屏幕更新之間的時間推斷電池應該持續多長時間。等待時間越長，省電越多。消費結果如下圖：

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當前消費結果

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然后，我將這些結果與 3V、320 mAH 紐扣電池相關聯。該表在技術上仍然不完整，因為我需要實現電源管理系統來為每個組件供電，但結果可以更深入地了解我們可以實現多少節省。

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基于更新屏幕更新時間的電池壽命

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可能的應用和未來的工作

雖然系統尚未完全完成，但低功耗特性幾乎可以應用于任何其他項目。任何不需要持續計算或溫度讀數的應用都可以通過將微控制器置于深度睡眠模式來節省功耗。

在設計項目時，我想到了一個新生兒溫度傳感器。監測嬰兒的體溫很重要，但不一定需要持續監測。如今，大多數測量體溫的現代手表和其他可穿戴設備每隔幾秒測量一次，并持續記錄數據。這對于可能會在短時間內看到溫度大幅波動的用戶很有用，例如在寒冷的日子不穿夾克外出或鍛煉身體。然而，在嬰兒體溫的情況下，他們的環境不會發生劇烈變化。孩子的父母或監護人很可能會采取適當的措施來確保嬰兒穿著合適的衣服。在此應用中，很可能每 5 分鐘測量一次溫度，

該項目合乎邏輯的下一步是移除電子墨水顯示屏，并用某種形式的無線通信（很可能是藍牙）取而代之，以便在溫度波動較大時向父母或監護人發出警報。這種修改還將使設備更小，這在可穿戴設備方面總是可取的。

其他可能的應用可能是用于進行定期測量的天氣傳感器。如果設置時間較長，或者系統設置后難以訪問，則可用于任何延遲啟動應用程序。在不損失周期性應用的功能的情況下，將控制器置于深度睡眠模式非常有意義。

這些只是應用程序的一些想法，顯然還有更多我沒有提到的用例。我希望你喜歡這些文章，并且你對這些很棒的功能有一些新的創造性用途。快樂黑客！