Jak połączyć hardware z software’em w aplikacjach mobilnych i IoT – rozwiązania Low Energy i najnowszy Bluetooth 5.0


Projektanci elektroniki w swojej pracy często napotykają przeszkody począwszy od zaprojektowania bloku zasilania współpracującego z odpowiednio dobraną baterią, przez układ mikrokontrolera, po moduł komunikacyjny wraz z anteną. Aplikacji IoT nie można również należycie zaprojektować oddzielając opracowanie założeń układu elektronicznego od założeń programistycznych. Zasada ta obowiązuje w zakresie modułów embedded, a w szczególności w relacji do aplikacji mobilnych i środowisk chmurowych. Tam gdzie na wagę złota jest pojedynczy uW/s każdy element algorytmu i zachowania układu musi być zaprojektowany kompleksowo, zachowując symbiozę hardware-connectivity-software.

 

Układy zasilania Low Energy dla aplikacji mobilnych i IoT
Standardowa aplikacja z układem zasilania zakłada użycie stabilizatora LDO, ponieważ on jest w stanie wykorzystać maksimum dostępnej energii. LDO cechuje się prostotą i stabilnością napięcia, a w przypadku nowych układów posiada również lepsze parametry i więcej funkcjonalności. Przykładem nowoczesnego rozwiązania stabilizatora LDO jest STLQ020 firmy STMicroelectronics. Oprócz klasycznej obudowy SOT323, układ ten dostępny jest w miniaturowych wersjach jako DFN6 (2×2 mm) oraz Flip-Chip 4 (0,8× 0,8 mm). Pobór prądu przez STLQ020 to zaledwie 0,4 μA bez obciążenia i jedynie 5 nA w trybie wyłączenia.

Dostępne obudowy do regulatora LDO ekstremalnie oszczędzającego energię – STLQ02
Wersja nr 1
Wersja nr 2
Wersja nr 3
STMicroelectronics STMicroelectronics STMicroelectronics
DFN 6
CSP 4
SOT323-5
2 x 2 mm
0.773 x 0.773 mm
2.0 x 2.1 mm

Przetwornice DC/DC a aplikacje mobilne

W aplikacjach mobilnych wymagających zapewnienia najwyższej sprawności zasilania zaleca się zastosowanie przetwornic DC/DC. Najczęściej są to konwertery obniżające napięcie (buck). Korzystanie z rozwiązań typu Buck wiąże się z wieloma trudnościami. Aby zminimalizować zakłócenia konwertery te wymagają przemyślanej konstrukcji, dużej staranności doboru elementów i ich odpowiedniego umiejscowienia.

Z tych powodów warto rozważyć zastosowanie nowej synchronicznej przetwornicy firmy STMicroelectronics ST1PS02. Może ona pracować z wypełnieniem PWM bliskim 100% i podobnie jak w poprzedniej wersji (ST1PS01) jej ultraniski pobór prądu sprawia, że ma ona bardzo wysoką sprawność nie tylko dla dużych obciążeń, ale również dla tych poniżej 1 mA. Nowością jest dodatkowy wbudowany klucz, dzięki któremu możliwe jest selektywne przełączanie napięcia wyjściowego przetwornicy pomiędzy odbiornikami.

ST1PS01

Układ zasilania o wyjątkowej elastyczności napięcia wejściowego

Nawet najlepiej zaprojektowany układ zasilania wymaga dostępu do zmagazynowanej energii (najczęściej bateria) lub też odnawiania zmagazynowanej energii (np. ładowarki zasilane z USB lub paneli fotowoltaicznych). Sprawdzonym układem o wyjątkowej elastyczności napięcia wejściowego w zakresie 2,5 – 12 V zapewniającym współpracę z pojedynczymi ogniwami litowo-jonowymi i polimerowymi jest L6924D firmy ST Microelectronic.

Jego zintegrowana konstrukcja zawiera wszystkie elementy mocy, takie jak MOSFET mocy, diodę blokującą odwrotną polaryzację. Układ realizuje kontrolę prądu i ma zabezpieczenie termiczne. L6924D pozwala użytkownikowi zaprogramować wiele parametrów, takich jak prąd ładowania wstępnego, prąd dla trybu ładowania szybkiego, próg napięcia wstępnego, próg końca ładowania i licznik czasu ładowania.

Interesująca jest zdolność pracy w dwóch trybach:

  • liniowym, stałe napięcie CV lub stały prąd CC
  • quasi-impulsowym zapewniającym zdolność do rozpraszania mocy

Na uwagę zasługuje ponadto możliwość komunikacji z mikrokontrolerem poprzez złącza diagnostyczne umożliwiające monitorowanie obecności ogniwa, zakończenie procesu ładowania oraz ochronę przed przeciążeniem termicznym.

Bluetooth 5.0 – nowe funkcje w nowym standardzie przesyłu danych

Stosunkowo niedawno na rynku pojawił się nowy standard przesyłu danych pod nazwą Bluetooth 5.0. Technologię wspiera system Android od wersji 8.0. Nowy standard przesyłu danych wdrożony został z myślą poprawy parametrów przesyłu dla rozwiązań IoT z wykorzystaniem Bluetooth Low Energy.

Największe korzyści z zastosowania nowej wersji Bluetooth to większa szybkość i zasięg oraz wyższa oszczędność energii. Warto nadmienić, że zwiększenie zasięgu odbywa się kosztem szybkości przesyłania danych. Jeśli bierzemy pod uwagę niewielkie odległości pomiędzy urządzeniami, Bluetooth w wersji 5.0 umożliwia przesyłanie danych z prędkością 2 Mb/s. To wartość dwa razy większa w porównaniu z poprzednią wersją 4.2. Kiedy zwiększymy odległość pomiędzy urządzeniami, prędkość transmisji z wykorzystaniem Bluetooth 5 może spadać. Warto również zauważyć, że dużą zmianą jest możliwość przesyłu danych na odległość nawet 240 metrów.

Szczegółowy opis innych cech Bluetooth 5.0 takich jak, podwojona szybkość transmisji, czy przedstawienie ważnych zagadnienia przy projektowaniu i implementacji dla systemu Android, a także wątków związanych z bezpieczeństwem znajdą Państwo tutaj.

bluetooth5.0

Hardware – connectivity – software w jednym miejscu

Firma Masters oferuje kompleksową usługę od doboru odpowiednich, sprawdzonych komponentów, przez pomoc techniczną, po prototypowanie i produkcję kontraktową. Masters ma zapewnia również gotowe rozwiązań, które można zaimplementować w nowym projekcie oszczędzając czas i fundusze. Natomiast dzięki szerokiej współpracy działu R&D Masters ze sprawdzonymi partnerami zapewniamy również kompleksowe wsparcie w zakresie zaprojektowania oprogramowania.

Zachęcamy do kontaktu rd@masters.com.pl.

 

Artykuł powstał z pomocą Liki Mobile Solutions.