IoT এর জন্য TinyLiDAR: 3 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:02

যদি আপনি চারপাশে তাকান, আপনি লক্ষ্য করবেন যে অনেক স্মার্ট ছোট ডিভাইস দৈনন্দিন জীবনে ব্যবহার করা হচ্ছে। এগুলি সাধারণত ব্যাটারি চালিত এবং সাধারণত ইন্টারনেটের সাথে সংযুক্ত থাকে (ওরফে 'ক্লাউড')। এইগুলিকেই আমরা 'আইওটি' ডিভাইস বলি এবং এগুলি আজ বিশ্বে দ্রুত একটি সাধারণ জায়গা হয়ে উঠছে।

IoT সিস্টেম ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য, ডিজাইনের অনেক প্রচেষ্টা বিদ্যুৎ খরচ অপ্টিমাইজ করার জন্য ব্যয় করা হয়। এর কারণ অবশ্যই ব্যাটারিতে উপলব্ধ সীমিত ক্ষমতা। প্রত্যন্ত অঞ্চলে প্রচুর পরিমাণে ব্যাটারি পরিবর্তন করা খুব ব্যয়বহুল প্রস্তাব হতে পারে।

সুতরাং এই নির্দেশযোগ্যটি হল tinyLiDAR- এ শক্তি অপ্টিমাইজ করা।

টিএল; ডিআর সারাংশ

আইওটি ডিভাইসে ব্যাটারির রানটাইমকে সর্বোচ্চ করতে সাহায্য করার জন্য আমাদের একটি নতুন "রিয়েল টাইম" পরিমাপ মোড (ফার্মওয়্যার 1.4.0 অনুযায়ী) আছে।

ব্যাটারি থেকে আরো রস নিezসরণ

স্বজ্ঞাতভাবে, আমরা কেবল IoT ডিভাইসের বিদ্যুৎ খরচ কমিয়ে রানটাইম বাড়াতে পারি। ঠিক আছে তাই এটা স্পষ্ট! কিন্তু কিভাবে আপনি এটি কার্যকরভাবে এবং সঠিকভাবে প্রত্যাশিত রানটাইম গণনা করতে পারেন? খুঁজে বের কর…

ধাপ 1: বিশুদ্ধ শক্তি

এটি করার অনেকগুলি উপায় রয়েছে তবে আমরা এটিকে মূল বিষয়গুলিতে ভেঙে দিতে এবং সবকিছু শক্তিতে রূপান্তর করতে পছন্দ করি। বৈদ্যুতিক শক্তি পরিমাপ করা হয় Joules (প্রতীক J) এবং সংজ্ঞা দ্বারা:

একটি জোল হল তাপ হিসাবে অপচয়িত শক্তি যখন একটি এমপি এর বৈদ্যুতিক স্রোত এক সেকেন্ডের জন্য একটি ওহমের প্রতিরোধের মধ্য দিয়ে যায়।

যেহেতু শক্তি (E) ভোল্টেজ (V) x চার্জ (Q), তাই আমাদের আছে:

E = V x Q

Q হল বর্তমান (I) x সময় (T):

প্রশ্ন = আমি x টি

তাই Joules শক্তি হিসাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

E = V x I x T

যেখানে V হল ভোল্টেজ, আমি Amps এ কারেন্ট এবং T সেকেন্ডের সময়।

ধরা যাক আমাদের চারটি AA ক্ষারীয় (LR6) ব্যাটারি দিয়ে গঠিত একটি ব্যাটারি প্যাক আছে যা সিরিজের সাথে সংযুক্ত। এটি আমাদের 4*1.5v = 6v এর মোট প্রারম্ভিক ভোল্টেজ দেবে। একটি ক্ষারীয় AA ব্যাটারির জন্য জীবনের শেষ প্রায় 1.0v তাই গড় ভোল্টেজ প্রায় 1.25v হবে। এমএফআর ডেটশীট অনুযায়ী "বিতরণ ক্ষমতা প্রয়োগকৃত লোড, অপারেটিং তাপমাত্রা এবং কাট-অফ ভোল্টেজের উপর নির্ভরশীল।" তাই আমরা IoT ডিভাইসের মতো কম ড্রেন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য 2000mAhr বা তার চেয়ে ভাল অনুমান করতে পারি।

অতএব আমরা হিসাব করতে পারি যে আমাদের প্রতি কোষ x 1.25V প্রতি সেল x 2000mAhr * 3600sec = 36000 J শক্তি আছে এই ব্যাটারি প্যাক থেকে প্রতিস্থাপিত হওয়ার আগে।

সহজ হিসাবের জন্য, আমরা আমাদের সিস্টেম নিয়ন্ত্রকের জন্য রূপান্তর দক্ষতা 100% অনুমান করতে পারি এবং হোস্ট কন্ট্রোলারের বিদ্যুৎ খরচ উপেক্ষা করতে পারি।

সাইক্লিং সম্পর্কে একটি শব্দ

না, আপনি যে ধরণের গাড়ি চালান তা নয়! "পাওয়ার সাইক্লিং" এবং "স্লিপ সাইক্লিং" নামে পরিচিত কয়েকটি প্রযুক্তিগত ধারণা রয়েছে। উভয়ই বিদ্যুৎ খরচ কমাতে ব্যবহার করা যেতে পারে কিন্তু উভয়ের মধ্যে পার্থক্য রয়েছে। প্রথমটিতে আপনার ডিভাইসটি প্রয়োজন না হওয়া পর্যন্ত বন্ধ রাখা এবং তারপরে একটি পরিমাপ করার জন্য অল্প সময়ের জন্য এটি চালু করা ইত্যাদি। এটি করার সময় শক্তি পুনরায় বুট করার এবং জ্বালানোর জন্য অ-তুচ্ছ সময়।

দ্বিতীয় ধারণার মধ্যে রয়েছে ডিভাইসটিকে স্লিপ মোডে রাখা এই আশা নিয়ে যে এটি দ্রুত জেগে উঠবে কিন্তু ঘুমানোর সময় আপনি কিছু সীমিত পরিমাণে কারেন্ট পুড়িয়ে ফেলবেন। তাহলে কোনটি ব্যবহার করা ভাল?

এটি নির্ভর করে আপনার কতবার ঘুম থেকে উঠতে হবে।

ধাপ 2: সংখ্যাগুলি চালান

আমরা নীচে তালিকাভুক্ত প্রতিটি দৃশ্যের জন্য মোট শক্তি (ই) 1 সেকেন্ডে স্বাভাবিক করতে চাই।

কেস A: Tc = 1sec; প্রতি সেকেন্ডে একটি দূরত্ব পরিমাপ নিন B: Tc = 60sec; প্রতি মিনিটে দূরত্ব পরিমাপ করুন। কেস C: Tc = 3600sec; প্রতি ঘন্টায় দূরত্ব পরিমাপ করুন।

এটি করার জন্য, আমরা বলতে পারি যে Tc হল আমাদের পরিমাপের জন্য চক্রের সময়, সক্রিয় সময় টন এবং নিষ্ক্রিয় সময় এবং আমাদের শক্তি সূত্রগুলিকে এখানে দেখানো হিসাবে পুনর্বিন্যাস করুন:

TinyLiDAR এর জন্য, শুরুর সময়টি প্রায় 300ms বা তার কম এবং এই সময় একটি নিয়ন্ত্রিত 2.8v সরবরাহ থেকে কাজ করার সময় এটি গড় 12.25mA সময় নেবে। অতএব এটি প্রতিটি স্টার্টআপের জন্য প্রায় 10.3mJ শক্তি খরচ করবে।

TinyLiDAR এর জন্য ঘুম/নিiesশব্দ বর্তমান একটি অতি নিম্ন 3uA। এটি ক্ষারীয় ব্যাটারি প্যাকের 0.3% মাসিক স্ব-স্রাব হারের চেয়ে অনেক কম তাই আমরা এখানে "স্লিপ সাইক্লিং" পদ্ধতি ব্যবহার করে তদন্ত করব।

কেন মাইক্রো দিয়ে বিতরণ করবেন না এবং সরাসরি VL53 সেন্সরে যান?

এই উত্তরটি এতটা স্পষ্ট নয়। স্মার্টফোন ডেভেলপমেন্টের প্রথম দিনগুলিতে আমরা জানতে পেরেছিলাম যে এমপি 3 চালানোর জন্য ক্ষমতার ক্ষুধার্ত উচ্চ গতির প্রসেসরকে বাঁচিয়ে রাখা ব্যাটারির আয়ু কমানোর একটি নিশ্চিত পদ্ধতি। এমনকি তখনও আমরা সঙ্গীত বাজানোর মতো পরিধি কর্তব্যগুলির জন্য নিম্ন শক্তি "অ্যাপ্লিকেশন প্রসেসর" ব্যবহার করার জন্য যথাসাধ্য চেষ্টা করেছি। আজকের দিনে এটি খুব বেশি আলাদা নয় এবং বাস্তবে, আপনি এটিকে আরও বেশি গুরুত্বপূর্ণ বলতে পারেন কারণ আমরা এই সমস্ত আইওটি ডিভাইসগুলিকে প্রতিটি ব্যাটারি হ্রাসের সাথে ছোট করে তুলি। সুতরাং VL53 সেন্সরকে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য এবং অতি প্রক্রিয়াকরণের জন্য প্রস্তুত ডেটা সরবরাহের একমাত্র কাজ করার জন্য একটি অতি-কম পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশন প্রসেসর ব্যবহার করা যে কোনও ব্যাটারি চালিত অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি নির্দিষ্ট সম্পদ।

tinyLiDAR পরিমাপ মোড

এই সময়ে ব্যবহারকারীর ম্যানুয়ালটিতে এটি স্পষ্ট নাও হতে পারে [কিন্তু কিছু সময়ে হবে কারণ আমরা সবসময় আমাদের ব্যবহারকারী ম্যানুয়াল আপডেট করছি:)] - tinyLiDAR এ আসলে 3 টি ভিন্ন পরিমাপ মোড রয়েছে।

এমসি মোড

TinyLiDAR এর সূচনা থেকে, আমরা VL53 ToF সেন্সর থেকে দ্রুত পরিমাপ পাওয়ার চেষ্টায় আচ্ছন্ন ছিলাম। তাই আমরা আমাদের ফার্মওয়্যারটিকে দ্রুত এবং সবচেয়ে ধারাবাহিক স্ট্রিমিং ডেটা পেতে অপ্টিমাইজ করেছি। এটি বাফারিং প্রবর্তন জড়িত। একটু বাফারিং একটি ভাল জিনিস কারণ এটি হোস্ট কন্ট্রোলারকে (যেমন Arduino) একটি ফ্ল্যাশে তার পরিমাপের ডেটা পেতে এবং আরও গুরুত্বপূর্ণ বিষয়গুলিতে যেতে দেয়। অতএব বাফারিং একেবারে প্রয়োজনীয় এবং এর কারণে আমরা অপেক্ষাকৃত ধীর Arduino UNO তে 900Hz এর বেশি স্ট্রিমিং হার অর্জন করতে সক্ষম হয়েছি। অতএব, দ্রুততম প্রতিক্রিয়া সময় হবে tinyLiDAR এর MC বা "ধারাবাহিক" মোড ব্যবহার করে।

বিটিডব্লিউ, যদি আপনি কখনও সুযোগ পান, আপনার টিনিএলডিএআর -তে টিটিওয়াই আউটপুট পিনের সাথে একটি সিরিয়াল ক্যাবল সংযুক্ত করা উচিত এবং আপনি দেখতে পাবেন এই এমসি মোডটি কী করে। এটি আক্ষরিক অর্থে একটি পরিমাপকে যত দ্রুত সম্ভব করে নিতে পারে এবং এটি করতে গিয়ে, এটি I2C বাফারকে সম্পূর্ণ সাম্প্রতিক তথ্য দিয়ে পূরণ করে। দুর্ভাগ্যক্রমে, যেহেতু এটি সম্পূর্ণ গতিতে চলছে, এটি সর্বাধিক পরিমাণ শক্তিও পোড়াচ্ছে। এই এমসি মোডের বর্তমান বনাম সময় গ্রাফের জন্য নীচে দেখুন।

এসএস মোড

পরবর্তী মোড যাকে আমরা "একক ধাপ" মোডের জন্য "এসএস" বলি। এটি মূলত উপরে একই উচ্চ কর্মক্ষমতা মোড কিন্তু পরিবর্তে একটি একক স্টেপিং লুপে। তাই আপনি tinyLiDAR থেকে দ্রুত সাড়া পেতে পারেন কিন্তু ডেটা আগের নমুনা থেকে হবে তাই আপনাকে খুব সাম্প্রতিক ডেটা পেতে দুটি পরিমাপ নিতে হবে। এই এসএস মোডের বর্তমান বনাম সময় গ্রাফের জন্য নীচে দেখুন।

উপরের দুটি মোডই বেশিরভাগ ব্যবহারকারীদের জন্য বিলটি সুন্দরভাবে ফিট করেছে কারণ তারা দ্রুত এবং সহজেই ব্যবহারযোগ্য - শুধু একটি "ডি" কমান্ড জারি করুন এবং ফলাফলগুলি পড়ুন। যাহোক …

আইওটি জগতে এগিয়ে যাওয়া যেখানে প্রতিটি মিলি-জোল গণনা করা হয়, আমাদের একটি নতুন দৃষ্টান্ত রয়েছে।

এবং আমরা tinyLiDAR এ যা কোডেড করেছি তার ঠিক বিপরীত! আইওটি জগতের জন্য আমাদের শক্তি সংরক্ষণ এবং রানটাইম প্রসারিত করার জন্য বিরল বিরতিতে একক পরিমাপের প্রয়োজন।

আরটি মোড

আনন্দের সাথে, আমরা এখন বলতে পারি যে ফার্মওয়্যার 1.4.0 এর মতো এই দৃশ্যের জন্য আমাদের একটি সমাধান আছে। এটিকে "রিয়েল টাইম" পরিমাপের জন্য "আরটি" মোড বলা হয়। এবং এটি মূলত একটি ট্রিগার, অপেক্ষা এবং পড়ার পদ্ধতি প্রয়োগ করে। এটি ব্যবহার করার জন্য, আপনি এখনও পরিমাপ শুরু করার জন্য "D" কমান্ড ইস্যু করতে পারেন, কিন্তু এই RT মোডের জন্য আপনাকে পরিমাপ শেষ করার জন্য উপযুক্ত সময় অপেক্ষা করতে হবে এবং তারপর ফলাফলগুলি পড়তে হবে। tinyLiDAR স্বয়ংক্রিয়ভাবে নমুনাগুলির মধ্যে সাব 3uA এর সর্বনিম্ন শান্ত অবস্থায় চলে যায়। এটি আসলেই এখনও ব্যবহার করা সহজ এবং এখন আরও বেশি শক্তি সাশ্রয়ী যেহেতু আপনাকে খুব সাম্প্রতিক ডেটা পাওয়ার জন্য শুধুমাত্র দুটি পরিবর্তে একটি পরিমাপ নিতে হবে, যেমন শূন্য বাফারিং।

এই নতুন আরটি মোডের বর্তমান বনাম সময় গ্রাফের জন্য নীচে দেখুন।

ধাপ 3: প্রকৃত পরিমাপ

অনবরত আইওটি পরিমাপের জন্য এমসি ক্রমাগত মোড ব্যবহার করা সামান্য অর্থপূর্ণ কারণ আমাদের কেবলমাত্র একক পরিমাপ প্রয়োজন। অতএব আমরা পরিবর্তে এসএস এবং আরটি মোডে আমাদের মনোযোগ কেন্দ্রীভূত করতে পারি। +2.8v এর নিয়ন্ত্রিত সরবরাহ থেকে tinyLiDAR পরিচালনা করা আমাদের সর্বনিম্ন শক্তি অপচয় প্রদান করে। সুতরাং উচ্চ নির্ভুলতা (200ms) প্রিসেট ব্যবহার করার সময়, আমরা tinyLiDAR এ নিম্নলিখিত শক্তি খরচ পরিমাপ করেছি:

এসএস/একক ধাপ মোড: 31.2 এমজে 2 টি পরিমাপের গড়

আরটি/রিয়েল-টাইম মোড: 15.5 এমজে 1 টি পরিমাপের গড়

এই উপরের মানগুলিকে আমাদের শক্তির সূত্রে প্লাগ করা এবং এক সেকেন্ডে স্বাভাবিক করা আমরা আমাদের ব্যাটারি প্যাক থেকে শক্তি অনুমান করে রানটাইম প্রত্যাশাগুলি খুঁজে পেতে পারি 36000 জে।

কেস এ: প্রতি সেকেন্ডে পড়া (সর্বশেষ ডেটা পেতে 2 টি রিডিং নিন) 2.8V সরবরাহ ভোল্টেজ Joules এ লোড দ্বারা ব্যবহৃত সক্রিয় শক্তি হল Eon = Vcc x Ion x Ton = 2.8V x 26.5mA * 420ms = 31.164mJ Joules এ লোড দ্বারা নিষ্ক্রিয় শক্তি Eoff = Vcc x Ioff x Toff = 2.8V x 3uA x 580ms = 4.872uJ TcE = (Eon + Eoff)/Tc = (31.164mJ + 4.872uJ)/1 = 31.169mJ বা 31.2mJ প্রতি সেকেন্ডে রানটাইম প্রতি সেকেন্ডে মোট উৎস/শক্তির মোট শক্তি যা 36000J / 31.2mJ = 1155000 সেকেন্ড = 320 ঘন্টা = 13.3 দিন

এই গণনার পুনরাবৃত্তি, আমরা অন্যান্য দৃশ্যের জন্য রানটাইম খুঁজে পেতে পারি:

এসএস মোড

কেস A: প্রতি সেকেন্ডে 2 টি রিডিং। স্বাভাবিক শক্তি 31.2mJ অতএব রানটাইম 13.3 দিন।

কেস বি: প্রতি মিনিটে 2 টি রিডিং। স্বাভাবিক শক্তি 528uJ। অতএব রানটাইম 2.1 বছর।

কেস সি: প্রতি ঘন্টায় 2 টি রিডিং। স্বাভাবিক শক্তি 17uJ। রানটাইম গণনা করা হয় >> 10 বছর, তাই tinyLiDAR এর কারণে লোডিং নগণ্য। ব্যাটারি প্যাক তাই শুধুমাত্র তার শেলফ লাইফ দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকবে (যেমন প্রায় 5 বছর)

আরটি মোড

কেস A: 1 প্রতি সেকেন্ডে পড়া। স্বাভাবিক শক্তি 15.5mJ অতএব রানটাইম 26.8 দিন।

কেস বি: 1 প্রতি মিনিটে পড়া। স্বাভাবিক শক্তি হল 267uJ। অতএব রানটাইম 4.3 বছর।

কেস সি: 1 প্রতি ঘন্টায় পড়া। স্বাভাবিক শক্তি 12.7uJ। রানটাইম গণনা করা হয় >> 10 বছর, তাই tinyLiDAR এর কারণে লোডিং নগণ্য। ব্যাটারি প্যাক তাই শুধুমাত্র তার শেলফ লাইফ দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকবে (যেমন প্রায় 5 বছর)

অতএব, স্লিপ সাইক্লিং ব্যবহার করে নতুন রিয়েল টাইম মোড এখানে একটি সুবিধা যাতে রানটাইম গত 4 বছর বাড়ানো যায় যদি কেস বি -তে দেখানো প্রতি মিনিটে একটি পরিমাপ নেওয়া হয়।

লক্ষ্য করুন যে এই বিশ্লেষণের জন্য হোস্ট কন্ট্রোলারের শক্তি খরচ বিবেচনায় নেওয়া হয়নি এবং ব্যাটারি প্যাকের চশমাগুলি রক্ষণশীল দিকে ছিল। আপনার প্রয়োজন অনুসারে আপনি অনেক বেশি শক্তিশালী ব্যাটারি খুঁজে পেতে পারেন।

পড়ার জন্য ধন্যবাদ এবং সাথে থাকুন কারণ আমরা আমাদের পরবর্তী নির্দেশের জন্য tinyLiDAR ব্যবহার করে একটি কার্যকরী IoT উদাহরণ প্রদান করব। চিয়ার্স!