अभ्यास में ऊर्जा की बचत एल्गोरिथम

लेखक से

यह मेरा पहला लेख है - मैं रचनात्मक आलोचना, राय, टिप्पणियों, प्रश्नों की प्रतीक्षा कर रहा हूं।

प्रस्तावना

यह लेख ऊर्जा बचत की समस्या को हल करने के लिए समर्पित है, जो ओपन / शॉर्ट सर्किट का पता लगाने और तापमान प्राप्त करने की जरूरतों के लिए रेडियो मॉड्यूल के सॉफ्टवेयर के विकास के दौरान मौजूद था।

हमारे पास क्या है?

एक रेडियो मॉड्यूल बोर्ड पर विकसित किया गया था: मस्तिष्क atmega128rfa1 है, जिसमें एक अंतर्निहित रेडियो ट्रांसमीटर और एक तापमान सेंसर FM75 है। डिवाइस पहली CR2032 बैटरी (3.3 V, ~ 200 mA * घंटा) द्वारा संचालित है।

मॉड्यूल द्वारा किए गए कार्य

• संपर्कों को बंद / खोलते समय, एक बाहरी रुकावट से शुरू होता है - रसीद की पुष्टि के साथ, सर्वर को घटना डेटा भेजना;
• सर्वर से कमांड प्राप्त करते समय, आवश्यक क्रियाएं करें, किए गए कार्यों के परिणाम भेजें, स्वीकृति की पुष्टि प्राप्त करें (कार्य में प्रश्न के लिए, ये क्रियाएं वर्तमान तापमान प्राप्त करने, संपर्कों की स्थिति प्राप्त करने, मॉड्यूल की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए थीं);

मॉड्यूल प्रयोज्यता

• घरेलू मोशन सेंसर के अतिरिक्त
• एक रेडियो बटन की तरह (आशीर्वाद चालू / चालू करने के लिए: यह 220 वी तारों में से एक में एक ब्रेक को जोड़ने के बजाय, साधारण स्विच में डाला जाता है; नेटवर्क 220 वी में एक वोल्टेज भी होता है, जब एक शून्य सेंसर जुड़ा होता है; दरवाजा स्थिति, आदि।
• समय-समय पर तापमान डेटा एकत्र करने के लिए

समस्या

मॉड्यूल की खपत:

• शामिल ट्रांसमीटर ~ 9.4 mA के साथ
• पूर्ण शक्ति ~ 14 mA पर निरंतर रेडियो डेटा संचरण के साथ
• रेडियो ट्रांसमीटर के साथ ~ 5.4 एमए
• तापमान प्राप्त करने पर ~ 25 mA
• गहरी नींद मोड में (पावर डाउन मोड) ~ 200 एनए

इस प्रकार, यदि आप रेडियो ट्रांसमीटर को बंद नहीं करते हैं, और कुछ भी संचारित या प्राप्त नहीं करते हैं, तो एक 200mA बैटरी सैद्धांतिक रूप से 20 घंटे तक चलना चाहिए, व्यवहार में, लगभग 16 घंटे। और अगर हम इस तथ्य के बारे में बात करते हैं कि मॉड्यूल को कुछ कार्य करने की आवश्यकता है?

यहां मॉड्यूल ऑपरेशन के दो उदाहरण दिए गए हैं: सामान्य और चरम।
सामान्य ऑपरेशन (अपेक्षित):

• सर्वर से अनुरोध पर वर्तमान तापमान प्राप्त करने के लिए प्रति घंटे 1 बार
• 1 बार प्रति घंटा चालू / बंद करना, उदाहरण के लिए - प्रकाश (यानी मॉड्यूल प्रकाश के लिए जिम्मेदार स्विच की स्थिति के बारे में सर्वर को सूचित करता है)

मॉड्यूल का व्यावहारिक परिचालन समय महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदला और उसी 16 घंटों की राशि।

चरम संचालन, ऊर्जा संरक्षण की समस्या का समाधान खोजने और स्पष्टता के लिए:

• सर्वर से अनुरोध पर वर्तमान तापमान प्राप्त करने के प्रति घंटे 1000 बार
• प्रति घंटे 1000 बार चालू / बंद करना, उदाहरण के लिए - प्रकाश (यानी मॉड्यूल प्रकाश के लिए जिम्मेदार स्विच की स्थिति के बारे में सर्वर को सूचित करता है)

मॉड्यूल का व्यावहारिक परिचालन समय 4 घंटे का मामूली था।

यहाँ यह मूल्यांकन में एक महत्वपूर्ण त्रुटि है, क्योंकि एक बैच में बैटरियों की क्षमता 190 से 250 mA तक होती है, लेकिन फिर भी, ऑपरेटिंग समय के मोटे अनुमान के लिए, यह पर्याप्त है।

लक्ष्य का पीछा किया

यह आवश्यक है कि कमरे की स्थिति में 200 एमएएच की बैटरी से मॉड्यूल सामान्य ऑपरेशन (ऊपर वर्णित) में कम से कम एक वर्ष तक काम करता है।

निर्णय

समाधान स्पष्ट है - नींद मोड और न केवल नींद मोड का उपयोग, अर्थात् "गहरी नींद" (पावर डाउन मोड)। नीचे प्रस्तावित एल्गोरिथ्म विभिन्न निर्माताओं के माइक्रोकंट्रोलर के लिए लागू है, इसलिए केवल एल्गोरिथ्म (एक कोड के बिना) दिया जाएगा - वांछित माइक्रोकंट्रोलर के डेटशीट का उपयोग करके एक कोड की रचना करना मुश्किल नहीं होगा।

और इसलिए, माइक्रोकंट्रोलर्स (बाद में "एमके" के रूप में संदर्भित) में इन मोड से बाहर निकलने के लिए अलग-अलग नींद मोड और तरीके हैं।
लेकिन , हमारे लिए यह महत्वपूर्ण है कि एमके सर्वर से संदेशों का जवाब दे! - और इसका मतलब है कि रेडियो ट्रांसमीटर को चालू करना होगा - एक मोड है जब एमके सो रहा है, लेकिन उसके लिए संदेशों के प्रसारण के लिए "सुनना" और जागना, यदि कोई हो, हमारे लिए उपयुक्त नहीं है, क्योंकि ~ 10 एमए के आदेश की बिजली की खपत।

फिर क्या करना है ?! दरअसल, "गहरी नींद" मोड में, रेडियो बंद कर दिया जाता है (यानी, एमके अब प्राप्त नहीं करेगा या कुछ भी संचारित नहीं करेगा), और आप इसे केवल एक बाहरी बाधा या "डॉग टाइमर" द्वारा एक संकेत द्वारा इस मोड से बाहर निकाल सकते हैं (देखो कुत्ता) , जो एमके रीसेट मोड और इंटरप्ट कॉल मोड दोनों में काम कर सकता है - यहां यह हमें बचाएगा!

एल्गोरिथ्म

और इसलिए, इस लक्ष्य को हल करने के लिए, निम्नलिखित एल्गोरिथ्म को विकसित, डीबग किया गया और परीक्षण किया गया:
1) एमके हमेशा "गहरी नींद" मोड (पावर डाउन मोड) में होता है।
2) जब एक बाहरी रुकावट पैदा होती है (स्विच की स्थिति बदल जाती है), तो एमसी उठता है, सर्वर को एक संदेश भेजता है, एक पावती प्राप्त करता है, और फिर से सो जाता है।
३) क्योंकि हमें अन्य चीजों के अलावा, सर्वर से कमांड निष्पादित करने के लिए, हमें समय-समय पर रेडियो चालू करना चाहिए और एमके के लिए संदेशों के प्रसारण को सुनना चाहिए। हमने वॉच डॉग को 0.016 से 8 सेकंड (हमारी ज़रूरतों के लिए, 8 सेकंड की अवधि पर्याप्त है) की आवृत्ति मोड में रखा है। प्रसारण को सुनते हुए रुकावट में, अगर एमके के लिए कुछ नहीं है, तो हम फिर से सो जाते हैं।

आइए वस्तुओं का अधिक विस्तार से विश्लेषण करें

एक "गहरी नींद" में होने के कारण, एमके ~ 200 एनए की खपत करता है (यदि बैटरी का कोई स्व-निर्वहन नहीं था, तो 200 एमए कई ... वर्षों के लिए पर्याप्त होगा)। हम अब स्व-निर्वहन को ध्यान में नहीं रखेंगे।
फिर, "जीवन" का समय केवल प्रभावित होता है कि अंक 2 और 3 कितनी बार पूरे होते हैं।
जब चरण 2 पर एक बाहरी बाधा उत्पन्न होती है, तो एमके 20 एमएस के आदेश पर संचालित होता है - जिसे "सामान्य ऑपरेशन" मोड में भी अनदेखा किया जा सकता है।
हमारा मुख्य ऊर्जा उपभोक्ता बिंदु 3 है। हमारे कार्यों के लिए, यह हमारे लिए पर्याप्त है कि एमके 8 सेकंड के भीतर सर्वर से एक संदेश का जवाब देता है। इसलिए, हम "डॉग टाइमर" को इस तरह से सेट करते हैं कि यह हर 8 सेकंड में प्रसारण की जांच करता है और 20 एमएस के लिए प्रसारण को स्कैन करता है, फिर नींद में वापस आ जाता है। इस प्रकार यदि बिंदु 2 से कोई संकेत नहीं है और सर्वर से कोई संदेश नहीं है, तो हमारा एमके 8 सेकंड में 20 एमएस के लिए काम करता है, जो कि 0.0235 mA * घंटे में बदल जाता है।
एमके तक पहुंचने के लिए, सर्वर लगातार 8 सेकंड के लिए इसके लिए पैकेट भेजता है, एमके अलग-अलग प्रतिक्रिया देता है - यह तुरंत हो सकता है, या शायद 8 सेकंड के अंत में - लेकिन यह जवाब देता है!

परिणाम

एल्गोरिथ्म को कोड में लागू करने के बाद, मॉड्यूल (सामान्य रूप से कई हैं) ने वर्तमान में 378 दिनों से अधिक काम किया है। बैटरी पर शेष क्षमता 40 एमए है - इसलिए और क्या काम करेगा। ऑपरेटिंग मोड, हालांकि, ऊपर वर्णित "सामान्य ऑपरेशन" मोड में से अधिक बख्शा गया है - लेकिन ऐसा जीवन है, सबसे बुरे के लिए तैयारी करना, सर्वश्रेष्ठ की उम्मीद करना।

पुनश्च

मुझे उम्मीद है कि इसी तरह की समस्या को हल करने में लेख किसी के लिए उपयोगी है।

परियोजना का विकास

इस लेख ने हाब्रोव्स्क नागरिकों के बीच हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर दोनों के विकास में गहरी दिलचस्पी जताई, जिसे लेकर मैं बेहद खुश हूं। अब मैंने हब पर परियोजनाओं में से एक के लिए एक मॉड्यूल के विकास को समाप्त कर दिया है - "स्मार्ट होम" का DIY-dimmer (यह इंटरैक्शन इस लेख का परिणाम है)।