如何延长智能工厂无线信标的使用寿命

工业 4.0 为我们提供了智能工厂，这些工厂高度数字化和互联（图 1），可实现自适应制造并提高产量。这些制造设施中增加的智能不仅提高了生产力，而且还可以在几乎没有人为干预的情况下实时识别和修复工厂车间的任何故障。在过去的几十年里，自动化一直是提高工厂效率的关键驱动力。随着通信、大数据、人工智能 （AI） 和物联网 （IoT） 的进步，我们离让工厂真正智能化的目标越来越近。

互联工厂使用物联网框架连接工厂车间的设备、资产和传感器。这些传感器和设备不仅从工具和机器中收集数据，还从材料、货物、室内车辆甚至工厂车间的人员中收集数据。可以分析从这些连接设备收集的数据，使用人工智能 （AI） 来识别趋势、模式和对工厂车间日常运营和运作的关键见解，最终减少机器停机时间并增加工厂的灵活性。

为了无缝实现这种连接，无线信标连接到设备和材料上，使它们可以通过基于智能手机的简单应用程序或更复杂的基于服务器的系统进行跟踪。这些信标需要体积小、成本效益高且使用寿命长，同时由廉价的一次性电池供电。这些应用中使用的无线技术可能包括 Wi-Fi、低功耗蓝牙 （BLE）、超宽带 （UWB） 和射频识别 （RFID），每种技术都具有不同程度的定位精度、范围和电池寿命。最后，信标的电子设备必须消耗最少的功率。BLE 信标通常在许多应用中受到青睐，因为它们提供高定位精度，同时价格低廉且功耗低。

图 2显示了一个典型的信标框图。单节碱性电池可提供高达 2700mAh 的电量，通过 DC-DC 升压稳压器为车载控制器、传感器和无线电设备供电。尽管此示例使用 AA 电池，但在某些系统中看到单个纽扣电池并不少见。

图 2. 典型的 Beacon 框图

各种传感器收集数据，然后通过无线电将其传输 20 毫秒至一个集中式接收器。在接下来的 980 毫秒内，信标处于睡眠模式。在睡眠模式下，升压转换器负载的漏电流为 0.73µA，而数据传输需要峰值为 3.2mA 的无线电电流脉冲。升压转换器负载曲线如下图 3所示。

图 3. 信标电流配置文件

在一个典型的室内资产跟踪应用中，系统必须仅使用一节碱性电池就可以使用两年。典型的升压稳压器具有 0.2µA 的漏电流、10µA 的静态电流、85% 的峰值效率和 50% 的低电流效率。假设输入电压为 1.5V，输出电压为 3.3V，输出休眠电流为 0.73µA，则从电池汲取的平均电流为 168µA，导致电池在两年内下降 61 天。

MAX17222 nanoPower同步升压转换器解决了先前解决方案的缺点。它提供高效率、400mV 至 5.5V 输入范围、0.5A 峰值电感电流限制以及可使用单个标准 1% 电阻器选择的输出电压。新颖的 True Shutdown ™模式产生纳安范围内的漏电流，使其成为真正的纳功率器件。

真正的关断功能将输出与输入断开，没有正向或反向电流，从而产生非常低的泄漏电流。如果使用上拉电阻来启用/禁用操作，则还必须考虑真正关断模式下的上拉电流。相反，如果启用 （EN） 引脚由推挽式外部驱动器驱动，该驱动器由不同的电源供电，则没有上拉电流，关断电流仅为 0.5nA，远低于 0.2µA。前面讨论的典型案例。

凭借升压转换器在峰值电流下的 92.5% 效率、1.15µA 总输入静态电流和 0.5nA 关断电流，信标的使用寿命比典型稳压器长两个多月（见表 1）。

表 1. 两个稳压器之间的电池寿命比较

MAX17222 将用于设置输出电压值的传统电阻分压器替换为单个输出选择电阻器 （RSEL）。该芯片使用专有方案读取仅在启动时消耗高达 200µA 的 RSEL 值。一个标准的 1% 电阻器可设置 33 种不同的输出电压之一，在 1.8V 和 5V 之间以 100mV 增量分隔。结果是材料清单 （BOM） 小幅减少（减少了一个电阻器）、简化了库存（一个稳压器用于多种应用）和更低的静态电流。通过阅读设计解决方案“ Triple Punch 延长智能工厂室内 BLE 信标的使用寿命”，了解有关延长无线信标使用寿命的更多方法。

审核编辑：郭婷