Sobre el consumo de energía de computación para un sistema GSM

El cálculo me parece correcto, pero algunos puntos:

• Suponga que su dispositivo va a usar más de lo que espera. Dependiendo del circuito que vaya a utilizar, no solo los módulos consumen energía. Aunque podría ser insignificante, no estoy seguro.

• El consumo de energía del microcontrolador depende de la frecuencia del oscilador y del voltaje suministrado.

  Dado es el consumo a 1MHz. Para su aplicación, esto puede o no ser demasiado lento, dependiendo de la cantidad de instrucciones que necesite leer del módulo GPS, procesar los datos, enviar SMS, leer SMS, etc. Creo que 1MHz no es Va a ser suficiente, pero depende de su código y los requisitos de velocidad. Sin embargo, no puedes simplemente ajustar la frecuencia.

  En la página 22 de la hoja de datos a la que está vinculado, puede ver diferentes gráficos de consumo de energía para diferentes frecuencias de osciladores y voltajes de alimentación:

  

  ^{( enlace , p. 22)}

  En este gráfico también puede ver que no puede usar 16MHz con ninguna tensión de alimentación. Esto se aclara en la página 21:

  

  ^{( enlace , p. 21)}

  Como puede ver, si desea ejecutar el microcontrolador a 16MHz, necesitará 3.3V (consulte la tabla "Condiciones de funcionamiento recomendadas" en la misma página), y consumirá aproximadamente 4.15mA en lugar de 0.230uA * 16 = 3.68mA.

  Otra nota: depende de las características del microcontrolador que está utilizando (no lo sé), pero si ejecuta el microcontrolador a 2.2 V y el GPS / GSM a un voltaje diferente puede causar problemas, ya que la entrada / salida de los módulos puede que ya no sea compatible con la entrada / salida del microcontrolador. Siempre es seguro tener ambos en el mismo suministro para asegurarse de que no tenga este tipo de problemas, pero también consumirá más energía.

• Tu cálculo supone una fuente de tensión perfecta. Sin embargo, las baterías del mundo real no tienen un voltaje fijo. El voltaje cambiará con el tiempo, y el alcalino no tiene las mejores especificaciones:

  

  ^{( enlace )}

  Ahora, este gráfico es un ejemplo para una batería de 2Ah, pero ves la idea. Utilizará dos alcalinos para obtener los 3V necesarios para el módulo GSM. Sin embargo, directamente después de usar las baterías, el voltaje disminuirá y el módulo ya no funcionará. Una mejor opción sería utilizar tres NiMH, que proporcionan 3,6 V juntos y mantendrán el dispositivo en funcionamiento hasta que las baterías se descarguen casi por completo.

• Dice que desea desactivar el GPS cuando no se utiliza. Sí, esto es posible, pero recuerde que el módulo necesita algo de tiempo antes de tener una posición fija, ya que necesita buscar satélites. No conozco los detalles de su aplicación, pero digamos que desea enviar un SMS cada 10 segundos, entonces no puede apagar el GPS mientras tanto.

  La cantidad de tiempo que necesita para obtener una solución depende de su módulo y las circunstancias ambientales, como los edificios y tal vez el clima, no estoy seguro. Una vez construí un dispositivo con un módulo GPS bastante antiguo, y ese necesitaba aproximadamente 4 minutos en campo abierto para obtener una solución. Hoy en día los módulos deberían ser mucho mejores.

  Aunque puede usar el módulo GPS dentro de un cierto rango de voltaje, eso no significa que obtenga los mismos resultados. Cuando estaba construyendo ese dispositivo, noté que podía obtener una solución un poco más rápida, en unos 3 minutos, cuando utilizaba una tensión de alimentación de aproximadamente 0,5 V más alta que la mínima. (Al final no lo usé porque no necesitaba el minuto y eso significaría agregar una batería adicional, para la cual no tenía espacio).

Definitivamente estás en el camino correcto. Sin embargo, creo que veo algunos conceptos erróneos en tu enfoque.

La mayoría de los dispositivos microelectrónicos pueden operarse dentro de un rango de voltajes. El microcontrolador que eligió, por ejemplo, puede operar entre 1.8V y 3.6V. Eso no significa que hará que el voltaje oscile entre esos dos números. Usted elige qué valor de voltaje desea cuando prepare su circuito. Y esa es la tensión a la que correrá. Por lo tanto, no se elige un voltaje promedio para calcular el consumo de energía. Solo elige el voltaje que usarás.

La hoja de datos de su microcontrolador especificó un consumo de corriente a un voltaje específico a una frecuencia específica. Esa es la corriente que consumirá para alimentar su núcleo y los circuitos del oscilador. Es un valor (aproximadamente) constante para que no tenga que tener en cuenta la frecuencia de su oscilador en su cálculo de potencia. Si planea correr a 16MHz, deberá encontrar la especificación de consumo actual en la hoja de datos de 16MHz, no solo extraer el valor representativo de la página de resumen, como lo hizo. Simplemente multiplicar por 16 no es correcto.

Casi podría salirse con las 2 baterías AAA a excepción del módulo GSM. Tiene un mínimo de 3V, y eso es solo por su modo especial "extendido". El funcionamiento regular no está garantizado a un voltaje tan bajo y ni siquiera se encenderá a menos que el voltaje sea más alto. Además, a medida que las baterías se descargan, el voltaje descenderá incluso por debajo de 3V. Deberá usar una tercera batería AAA u otro tipo de batería.

Aquí hay un poco complicado. El GSM necesita un voltaje entre 3.35V y 4.5V, pero el GPS quiere entre 1.65V y 3.6V. Así que tienes una banda estrecha entre 3.35V y 3.6V para ejecutar el circuito en. Necesitará un regulador de voltaje para mantener el voltaje en ese rango seguro. Mientras la batería que elija sea solo un poco más alta que eso, puede usar un regulador lineal y obtener eficiencias de conversión bastante buenas. El uso de reguladores está fuera del alcance de esta pregunta, pero hay mucha información sobre ellos en Internet o en este sitio.

Un último comentario. Me gusta su ambición, pero diseñar un proyecto desde cero que involucre la adquisición de ubicación por GPS y la transmisión de datos SMS mediante un microcontrolador no es fácil. Te recomiendo que empieces con algunos proyectos más simples (¡como hacer que parpadee un LED!) Y trabajes hasta llegar a un sistema multifunción como este.