Aiuto: considerazioni consumo energetico progetto sistema embedded

[lancialesta]

Ciao ragazzi! Devo dare un esame in team con altri 2 ragazzi. Abbiamo sviluppato un sistema embedded e oltre a presentare l'idea, costi e le prospettive, dobbiamo approfondire degli argomenti ognuno per conto nostro.
Io mi devo occupare delle considerazioni a livello energetico del dispositivo, solo che io non ho mai fatto qualcosa del genere (ne mi hanno mai insegnato!). Quindi chiedo un vostro aiuto/consiglio su come poter fare a determinare la potenza necessaria per far funzionare il nostro sistema, che è composto da una base a muro e da un modulo wireless.
Mi immagino che la prima cosa sia, una volta stabiliti i chip e i vari componenti precisi da usare, scaricarne i rispettivi datasheet e vederne le caratteristiche e quanta potenza questi assorbano...però a questo punto cosa devo fare? Non credo di potermi limitare a sommare le potenze di tutti i componenti insieme per trovare il consumo totale, vero?
Ho bisogno di una mano... :muro:

[pietro84]

Ciao ragazzi! Devo dare un esame in team con altri 2 ragazzi. Abbiamo sviluppato un sistema embedded e oltre a presentare l'idea, costi e le prospettive, dobbiamo approfondire degli argomenti ognuno per conto nostro.
Io mi devo occupare delle considerazioni a livello energetico del dispositivo, solo che io non ho mai fatto qualcosa del genere (ne mi hanno mai insegnato!). Quindi chiedo un vostro aiuto/consiglio su come poter fare a determinare la potenza necessaria per far funzionare il nostro sistema, che è composto da una base a muro e da un modulo wireless.
Mi immagino che la prima cosa sia, una volta stabiliti i chip e i vari componenti precisi da usare, scaricarne i rispettivi datasheet e vederne le caratteristiche e quanta potenza questi assorbano...però a questo punto cosa devo fare? Non credo di potermi limitare a sommare le potenze di tutti i componenti insieme per trovare il consumo totale, vero?
Ho bisogno di una mano... :muro:


dipende: a che livello devi farlo? se devi dire più o meno l'ordine di grandezza della potenza dissipata e non stai messo bene a elettronica e fisica tecnica puoi fare solo come hai scritto sopra.....
se invece conosci quelle due materie puoi fare anche molto meglio,cioè potresti calcolare le distanze minime a cui devono essere messi i vari componenti elementari,l'area minima che evita il surriscaldamento,un calcolo più accurato della potenza assorbita dai componenti ecc (in pratica un progetto accettabile anche dal punto di vista circuitale)
devi fornire risultati quantitativi o qualitativi?

ps:ti consiglio di postare nella sezione scienza e tecnica cmq

[Boss87]

Ma collegare un amperometro e vedere quanto ciuccia il circuito no..?

[pietro84]

Ma collegare un amperometro e vedere quanto ciuccia il circuito no..?

il circuito è in fase di progetto :D non esiste ancora....bisogna sapere in anticipo quanta potenza assorbirà..

[lancialesta]

Esatto, come dice pietro il sistema è in progetto. Probabilmente quello che interessa al prof è avere una misura qualitativa dello "worst case" e quindi sapere il consumo in quel caso sia sulla base che sul modulo wireless (e su questo in base alla batteria montata, fornire anche un tempo stimato di autonomia); magari potrebbe essere utile ripetere lo stesso tipo di considerazioni pensando anche a quello che secondo noi è un uso e una "sollecitazione" normale, da parte di un utente generico, dello strumento.
Che mi consigliate ragazzi? Il fatto è che esami dove abbiamo fatto considerazioni di questo genere su un sistema non ce ne sono stati...a elettronica digitale abbiamo studiato nel particolare il comportamento di vari componenti: diodi, CMOS, JFET...al primo esame di fisica in pratica la fisica tradizionale + elettromagnetsmo: un malloppo enorme, ma niente che incastri con questo. Ora sto preparando un altro esame di fisica: corpi che ruotano, momenti, bielle-manovelle e tanta termodinamica (anche se non si capisce bene a cosa ci possa servire quest'ultima...). L'unica magari era elettrotecnica, ma sinceramente ci siamo limitati a fare calcoli di resistenze equivalenti, correnti e tensioni nei circuiti...ma considerazioni pratiche che ora mi possano tornare utili mai viste!

PS: penso avrete capito che faccio Ingegneria Informatica!

[pietro84]

Esatto, come dice pietro il sistema è in progetto. Probabilmente quello che interessa al prof è avere una misura qualitativa dello "worst case" e quindi sapere il consumo in quel caso sia sulla base che sul modulo wireless (e su questo in base alla batteria montata, fornire anche un tempo stimato di autonomia); magari potrebbe essere utile ripetere lo stesso tipo di considerazioni pensando anche a quello che secondo noi è un uso e una "sollecitazione" normale, da parte di un utente generico, dello strumento.
Che mi consigliate ragazzi? Il fatto è che esami dove abbiamo fatto considerazioni di questo genere su un sistema non ce ne sono stati...a elettronica digitale abbiamo studiato nel particolare il comportamento di vari componenti: diodi, CMOS, JFET...al primo esame di fisica in pratica la fisica tradizionale + elettromagnetsmo: un malloppo enorme, ma niente che incastri con questo. Ora sto preparando un altro esame di fisica: corpi che ruotano, momenti, bielle-manovelle e tanta termodinamica (anche se non si capisce bene a cosa ci possa servire quest'ultima...). L'unica magari era elettrotecnica, ma sinceramente ci siamo limitati a fare calcoli di resistenze equivalenti, correnti e tensioni nei circuiti...ma considerazioni pratiche che ora mi possano tornare utili mai viste!

PS: penso avrete capito che faccio Ingegneria Informatica!


anche io :D
queste cose si fanno in elettronica dei sistemi digitali

cmq quando vuoi implementare un sistema elettronico digitale hai a diposizione fondamentalmente due opzioni:

1.realizzare il sistema con componenti integrati discreti e assemblare il tutto su piastra.
2.utilizzare circuiti logici programmabili(fpga di solito),con cui puoi realizzare il sistema su un unico chip,se il numero di porte è relativamente basso(più o meno inferiore a 1000 porte logiche se non ricordo male :D )

come avete intenzione di realizzare i circuiti? con il metodo 1 o 2?
nel caso 2 è più facile....un calcolo approssimativo della potenza dissipata lo dovresti trovare già fatto.
nel caso 1 dovi fare un po di conti....


edit:nello studio dei circuiti la termodinamica è fondamentale(non dire che non ti serve :D ),visto che uno dei problemi principali in elettronica è come smaltire la potenza termica(da ciò spesso dipendono le dimensioni del chip)

[lancialesta]

Ma il ciclo diesel, le macchine frigorifere e quant'altro penso proprio di no! L'unica cosa per cui serve questo tipo di termodinamica che stiamo facendo è per impianti industriali. Ad esempio mi devo studiare tutto il funzionamento degli scambiatori, che con i chip non c'incastrano una mazza (almeno da quello che so io!)...certo, non si può mai dire! Magari mi troverò a lavorare alla Pirelli e a progettare qualcosa inerente a questo, ma sinceramente non la vedo una delle cose più probabili...

[pietro84]

Ma il ciclo diesel, le macchine frigorifere e quant'altro penso proprio di no! L'unica cosa per cui serve questo tipo di termodinamica che stiamo facendo è per impianti industriali. Ad esempio mi devo studiare tutto il funzionamento degli scambiatori, che con i chip non c'incastrano una mazza (almeno da quello che so io!)...certo, non si può mai dire! Magari mi troverò a lavorare alla Pirelli e a progettare qualcosa inerente a questo, ma sinceramente non la vedo una delle cose più probabili...


si però(almeno secondo me) tu devi fare l'ingegnere,devi quindi avere una cultura più ampia possibile,se conosci solo la materia di cui ti occuperai professionalmente la tua cultura(tecnica)sarà abbastanza limitata...inoltre più cose si imparano meno fatica si fa a impararne nuove....
cmq i moderni sistemi di raffreddamento dei microprocessori più potenti hanno proprio lo stesso funzionamento degli scambiatori di calore se non mi sbaglio...

comunque tornando IT dovete sceglire la tecnologia realizzativa,che è un passo fondamentale del progetto

[lancialesta]

Sì, sono d'accordo con te che la preparazione di un ingegnere dev'essere più ampia possibile...però mi pareva più interessante trattare fisica riguardante campi elettromagnetici e disturbi, in quanto penso che sarebbero potuti tornare più utili in futuro...però, non sia mai detto! Sicuramente sapere queste cose non è un demerito!
Tornando al progetto: il modulo wireless sarà composto da un display (non ho trovato scritto nulla sul datasheet, però da quel che ho visto in giro dovrebbe consumare circa 0,450 W)+ una scheda già fatta contenente microprocessori e memorie che ci servono (dal datasheet: "Power consumption 0.2 - 2 watt, depending on configuration and CPU speed") + un modulino che sfrutta UWB per la trasmissione e ricezione di dati (sul datasheet c'è scritto "Current consumption 350 mA maximum @5VDC from USB port" in giro per internet ho trovato che con un transfer rate di 1Mbps consuma 1mW). Per il calcolo di questo mi limito a fare la somma delle potenze assorbite? Se è così siamo nell'ordine dei 2,45 W nello worst case (almeno a parer mio). A questo punto devo scegliere una batteria per il terminale: da quanto la scelgo? Qual'è un sito in cui posso trovare un pò di info con un elenco di batterie usate magari nei palmari (il terminale remoto è molto simile a un palmare)? A rigor di logica se riesco ad avere qualche ora di autonomia nello worst case rientro ampiamente in una buona autonomia, visto che il dispositivo non verrà usato per più di 10-15 minuti al giorno. Che ne dici pietro?

[pietro84]

Tornando al progetto: il modulo wireless sarà composto da un display (non ho trovato scritto nulla sul datasheet, però da quel che ho visto in giro dovrebbe consumare circa 0,450 W)+ una scheda già fatta contenente microprocessori e memorie che ci servono (dal datasheet: "Power consumption 0.2 - 2 watt, depending on configuration and CPU speed") + un modulino che sfrutta UWB per la trasmissione e ricezione di dati (sul datasheet c'è scritto "Current consumption 350 mA maximum @5VDC from USB port" in giro per internet ho trovato che con un transfer rate di 1Mbps consuma 1mW). Per il calcolo di questo mi limito a fare la somma delle potenze assorbite? Se è così siamo nell'ordine dei 2,45 W nello worst case (almeno a parer mio). A questo punto devo scegliere una batteria per il terminale: da quanto la scelgo? Qual'è un sito in cui posso trovare un pò di info con un elenco di batterie usate magari nei palmari (il terminale remoto è molto simile a un palmare)? A rigor di logica se riesco ad avere qualche ora di autonomia nello worst case rientro ampiamente in una buona autonomia, visto che il dispositivo non verrà usato per più di 10-15 minuti al giorno. Che ne dici pietro?

per la potenza totale assorbita dal sistema ti conviene fare la somma delle potenze(massime) assorbite dai singoli componenti.non sono tanto pratico nemmeno io coi datasheet ma ci dovrebbero essere le informazioni necessarie per calcolare le potenze dissipate...se mi posti le url dei datasheet vedo se riesco a darti una mano quando ho un po di tempo .... per il modulo che sfrutta UWB 1mW mi pare un po poco...e poi 1Mbs è una frequenza bassissima per un modulo di quel tipo,stando alle informazioni che hai scritto la potenza max teorica dissipata è 5*350 mW(però dovrei vedere bene il datasheet).
per il sito non ho molto tempo ora,fai una ricerca su google che dovresti trovare molto;la batteria naturalmente deve poter erogare la potenza necessaria ed essere compatibile coi livelli di tensione del dispositivo a cui la applichi

[lancialesta]

Ciao Pietro, sto arrivando a delle conclusioni! (speriamo giuste)
Allora, mi sono fatto un pò di calcoli e vedendo le specifiche ecco cosa (ovviamente secondo me) viene fuori:
voltaggio display: min 2.7V - max 3.6V (3V quindi come scritto anche in altri punti dentro al documento)
voltaggio scheda: 3.3V
quindi abbiamo bisogno di una batteria che fornisca almeno 3.3V, ovviamente per essere sicuri della stabilità meglio un pochino di più.
amperaggio monitor: max 50mA
amperaggio scheda = (potenza assorbita) / (voltaggio) = (0.2W -> 2W) / 3.3V = max 600mA, min 60mA; quindi per lo worst case 600mA.
amperaggio UWB Wisair = da specifiche max 350mA @ 5VDC
amperaggio totale: 1000mA = 1A

Quindi ecco quella che secondo me può essere una batteria che fa al caso nostro:
CLICCA (http://www.batteryspace.com/index.asp?PageAction=VIEWPROD&ProdID=2171)
Breve descrizione copiata e incollata :)

Chemistry: Polymer Li-Ion
Capacity: 2500mAh
Recharging cycle life: > 500 times
Standard Charging rate: 1250 mA Max. (0.5C rate)
Discharging Rate: 2500 mA Max. (1C rate)
size: 5 ( thick) x 50 (width) x 100 (Length) mm
Weight: 51.0 g


Arriviamo all'autonomia. Visto l'amperaggio totale, dove sono stato bello largo è bene ricordarlo, avremo almeno 2,5 ore (secondo me arriveremo tranquillamente a 4) di autonomia con uso continuativo (per trovare le 2,5 ore ho fatto 2500mAh/1000mA, va bene secondo te?).
In standby non so però quanto può consumare perchè non so quanto mi consuma il modulino di tx/rx UWB nel caso in cui stia solo "in ascolto" senza però ricevere e inviare dati.
Per la scheda, in stand-by starà a 0,2W di consumo come da specifiche, quindi per le leggi di Ohm mi sono ricavato che consuma 60mA. Se ipotizzo che il modulino UWB consumi 40mA in stand-by, ottengo un totale di 100mA e quindi in stand-by avrò un'autonomia di 2500mAh/100mA = 25 ore.
In pratica sarebbe simile a un cordless a livello di autonomia, il che mi può anche andar bene...dei conti e delle valutazioni che te ne pare?

PS: l'assenza momentanea è servita a superare l'esame di fisica! :sofico:

[pietro84]

solo una domanda....la batteria è collegata unicamente alla scheda?


ps: comunque è meglio applicare il principio di conservazione delle potenze,in queto modo non puoi sbagliare.

1) trovi la potenza totale assorbita dal sistema come somma delle potenze assorbite dai singoli componenti.
2)la potenza totale assorbita deve essere pari alla potenza totale erogata dalla batteria(se la batteria è l'unica forma di alimentazione del circuito)
quindi trovi Perogata=somma potenze assorbite
3)la corrente erogata dalla batteria I è pari a Perogata/3.3V
4)poi calcoli l'autonomia come hai fatto tu.


cosi applichi i metodi visti a elettrotecnica ed è più rigoroso...non sommare le correnti,somma le potenze.

[lancialesta]

Penso di no, visto che dovrò fornire tensioni leggermente differenti a monitor e scheda e che le alimentazioni dovrebbero essere separate...anche se su questo punto non sono sicurissimo, riguarderò i datasheet...però è anche vero che non tutti i monitor necessitano della stessa alimentazione, quindi non credo che il monitor possa riuscire ad alimentarsi direttamente dalla scheda, dovrà avere l'alimentazione a sè, ed essere collegato alla scheda solo per il flusso dati da visualizzare, te che ne dici?

[pietro84]

Penso di no, visto che dovrò fornire tensioni leggermente differenti a monitor e scheda e che le alimentazioni dovrebbero essere separate...anche se su questo punto non sono sicurissimo, riguarderò i datasheet...però è anche vero che non tutti i monitor necessitano della stessa alimentazione, quindi non credo che il monitor possa riuscire ad alimentarsi direttamente dalla scheda, dovrà avere l'alimentazione a sè, ed essere collegato alla scheda solo per il flusso dati da visualizzare, te che ne dici?

beh in una calcolatrice ad esempio credo che ci sia solo una batteria che alimenta tutto....

cmq devi sapere bene i collegamenti, come ho scritto sopra ti conviene sempre ragionare in termini di potenze assorbite e erogate per ogni alimentazione che metti,guarda bene i datasheet.


ma per che esame è questo progetto?! fare un minimo di pratica è interessante,a me fecero progettare da zero una interfaccia seriale al corso di reti logiche....però non chiesero di realizzare il circuito purtroppo(e io che studio il meno possibile non ebbi voglia di farlo :D )

[lancialesta]

Sì, infatti anche per me la batteria sarà unica, ma fornirà tensione a 2 dispositivi.
Però per fare considerazioni sull'autonomia devo ragionare sui mAh della batteria, non trovi?
L'esame non a caso è "Sistemi Embedded" e credo che manchi una parte di pratica, come in tanti altri esami o come forse in tutto il corso di laurea...loro dicono che ti formano globalmente e che comunque sarai in grado di muoverti nell'azienda, perchè mentalmente sei duttile e preparato, e che l'esperienza pratica te la farai col tempo...come ragionamento non è sbagliato...ma non è neanche giustissimo, perchè la pratica è utile, chiarificatrice e "motivatrice"!

[pietro84]

Sì, infatti anche per me la batteria sarà unica, ma fornirà tensione a 2 dispositivi.
Però per fare considerazioni sull'autonomia devo ragionare sui mAh della batteria, non trovi?
L'esame non a caso è "Sistemi Embedded" e credo che manchi una parte di pratica, come in tanti altri esami o come forse in tutto il corso di laurea...loro dicono che ti formano globalmente e che comunque sarai in grado di muoverti nell'azienda, perchè mentalmente sei duttile e preparato, e che l'esperienza pratica te la farai col tempo...come ragionamento non è sbagliato...ma non è neanche giustissimo, perchè la pratica è utile, chiarificatrice e "motivatrice"!

perfetto,allora basta fare i passi che ho indicato ne post sopra...somma le potenze assorbite e troverai cosi la potenza erogata dalla batteria,dalla pot erogata calcoli la corrente(erogata dalla batteria) e quindi l'autonomia.

secondo me non è sbagliato,perchè già per seguire i corsi io andavo la mattina e tornavo la sera,poi se perdevo anche altro tempo per la pratica era finita....
e poi è solo questione di manualità ed esperienza,quindi puoi fartela da solo. sarebbe una pazzia sacrificare il tempo dedicato alla teoria per la pratica( per farla non c'è bisogno di un professore universitario)

ma poi non lo realizzi il sistema? io ti consiglio di farlo...

[lancialesta]

Sinceramente realizzarlo ha un discreto costo...i costi si "abbattono" solo per quantitativi industriali! Però è quasi certo che una volta finita la sessione d'esami andremo da qualche azienda a presentare il progetto, perchè è veramente interessante! Se poi verrà preso in considerazione seriamente e realizzato allora sarà una vera goduria, sia dal punto di vista professionale, sia da quello economico! :D

[lancialesta]

D'altronde ce l'ha detto anche il prof che se il progetto, come sembra anche a lui, è buono, è più che giusto andare in qualche azienda a proporre l'idea!

[pietro84]

Sinceramente realizzarlo ha un discreto costo...i costi si "abbattono" solo per quantitativi industriali! Però è quasi certo che una volta finita la sessione d'esami andremo da qualche azienda a presentare il progetto, perchè è veramente interessante! Se poi verrà preso in considerazione seriamente e realizzato allora sarà una vera goduria, sia dal punto di vista professionale, sia da quello economico! :D

ottimo :D ma cosa fa di preciso?

ps:a che anno stai? ti manca molto per finire?

[pietro84]

D'altronde ce l'ha detto anche il prof che se il progetto, come sembra anche a lui, è buono, è più che giusto andare in qualche azienda a proporre l'idea!

è logico :D
io dicevo come esercizio :) e poi vedere funzionare qualcosa ideata da te da una certa soddisfazione...specialmente se il sistema è abbastanza complesso