一、應用背景?
    隨著國內汽車的快速增長,車多位少的問題越來越突出,成為當前社會普遍的關注點。智能停車系統的出現可以實現停車位利用率的最大化,為路內停車創造有序的環境,為車主解決了車位難尋的困擾。
地磁車位檢測器作為智能停車檢測系統的重要組成部件,大多數車位檢測器都是采用電池供電,電池的使用年限就相當于一個車位檢測器的使用年限,所以低功耗特性就是一項重要的指標,圍繞功耗這個問題,很多廠家都在積極的尋找解決方法。
     NB-IoT作為物聯網行業的新寵兒,在不少行業中得到了廣泛的應用,而對于NB-IoT地磁車檢,行業上仍然眾說紛紜,相對于Lora地磁車檢的超低功耗,大多數聲音表示NB-IoT地磁車檢器的功耗過大,最多只能滿足3年使用壽命。果真是這樣嗎?作為一家專業的地磁車檢器廠商,微傳科技可以自信地說:NB-IoT地磁車檢器完全可以滿足5年使用壽命。那么,微傳科技又是如何有效降低 NB-IoT地磁車檢器的功耗呢?


二、車檢功耗介紹?
    地磁車檢器作為數據采集端,利用地磁復合傳感器實時檢測車輛進出停車位的情況。
    地磁車檢器的相應功耗包含待機功耗與執行一次完整停車進出事件功耗。
    待機功耗:當車位無車輛進出時,包括空車位或車停穩占據車位時,車位檢測器處于無擾動狀態,此時功耗最低。
    執行事件功耗:執行一次完整的進/出車的功耗,包含檢測功耗、發射功耗及發射完成后系統又進入待機狀態的功耗。
    檢測功耗:系統檢測到車輛擾動,并執行運算,截止到系統 NB 未上報事件前的功耗。
    發射功耗:系統NB-IoT發射一次事件的功耗。


三、系統優化降耗方法
    降低功耗從下面兩個方面入手:待機功耗、執行事件功耗。
    1、 降低系統待機功耗
在待機時候,在保證實時監測車位狀態變化的同時,降低傳感器芯片的工作頻率和以占空比方式工作,并使其它所有器件(其他檢測,通訊,微處理器等)處于休眠或斷電的低功耗模式。
    2、 降低執行事件功耗
通過優化軟件來縮短NB工作周期,通過硬件升級來降低工作功耗。


四、 系統優化功耗測試實驗
    為了證明上述優化降耗方法的有效性,微傳科技的工程師做了詳細的優化降耗實驗,具體實驗過程和數據論證如下:
    1、測試設備
    目前市場上有很多不同的NB-IoT模塊,模塊不同就會存在差異,常見的有移遠BC95模塊。以下實驗就以 BC95模塊的地磁車檢器為測試對象。
    測試NB-IOT停車檢測器:微傳VSP200
    測試NB模組:BC95
    測試設備:安捷倫N6705C


                                  

       圖1 功率分析儀                                                       圖2 微傳VSP200

  

    2、系統優化前功耗測試
    待機功耗:系統10分鐘待機消耗電池電量為46.56 uAh,算出平均消耗電池電量約0.0776 uAh/s。
    檢測功耗:約11秒時間,系統消耗電池電量 23.759uAh,算出平均消耗電池電量約2.1599uAh/s。

    發射功耗:優化前NB-IoT發射一次事件需要11秒,消耗電池電量為 309.63uAh,算出平均消耗電池電量約28.150uAh/s。

    執行事件功耗:執行一次完整事件需要47.8秒,消耗電池電量為 361.48uAh,算出平均消耗電池電量為 7.562uAh/s。

    因此,一天如果按照10次事件和發射一次心跳計算,一天消耗電池電量為執行事件功耗+待機功耗約為:(7.562*47.8*11+0.0776*(60*60*24-47.8*11))/1000=10.64mAh,一般NB-IoT地磁車檢器內含19Ah電池,如果按5年規劃計算,每天最多不會超過10次進出車,即只能5次停車,這明顯不能滿足現在城市的繁忙地段需要。

    3、進行系統優化

   根據前文所述的優化方法對測試對象進行了如下操作:
    1)降低傳感器芯片的在待機時的工作頻率:工作頻率由原來的50Hz降低到10Hz。
    2)設置傳感器占空比方式工作:傳感器由原來的持續工作修改為占空比方式工作;即傳感器休眠幾百ms再工 作幾百ms,休眠和工作互相切換。
    3)優化NBIoT軟硬件,縮短工作周期:原來NB發射一次事件需要11S,軟硬件優化后只需要6.67S,原來NB執行一次完整事件需要47.8S,軟硬件優化后只需要19.4S。


    4、系統優化后功耗測試
    待機功耗:優化后系統10 分鐘消耗電池電量為 37.324 uAh,平均消耗電池電量 0.0622uAh/s,相比優化前, 待機功耗降低了19.8%。
    檢測功耗:約11秒時間,系統消耗電池電量 16.675uAh,算出平均消耗電池電量約1.5159uAh/s,相比優化前,檢測功耗降低了29.8%。
    發射功耗:優化后NB-IoT發射一次事件需要6.67秒,消耗電池電量為 80.018 uAh,算出平均消耗電池電量約11.987uAh/s,相比優化前,發射功耗降低了74.1%。

    執行事件功耗:優化后執行一次完整事件只需要19.4秒,消耗電池電量為 98.715uAh,算出平均消耗電池電量為 5.087uAh/s,相比優化前,執行事件功耗降低了72.7%。
    通過優化后,一天如果也按照10次事件和發射一次心跳計算,一天消耗電池電量為執行事件功耗+待機功耗約為:(5.087*19.4*11+0.0622*(60*60*24-19.4*11))/1000=6.446mAh,相比優化前,一天功耗降低了39.4%;一天如果按照50次事件和發射一次心跳計算,一天消耗電池電量為執行事件功耗+待機功耗約為:(5.087*19.4*51+0.0622*(60*60*24-19.4*51))/1000=10.34mAh;地磁車檢器待機功耗和NB-IoT工作的耗電量5年累計18870.5mAh, 即一節19AH電池按每天50次進出車事件,25次停車計算,可以滿足5年使用壽命。在原來的基礎上,執行力五倍,每天50次進出車事件,可滿足大部分區域的要求。
 

圖3 功耗分析儀測試結果


    5、優化前后NB-IoT地磁車檢器VSP200實際功耗對比

    經過數據對比可以明顯看出,系統優化后的實際功耗得到了大幅度的降低,證明了降低NB-IoT地磁車檢器的功耗是可實現的,也就證明了NB-IoT地磁車檢器是完全能夠滿足5年使用壽命的。


                                                                   表1 系統優化前后功耗對比


平均待機消耗電池電量

平均檢測消耗電池電量

平均發射消耗電池電量

執行一次事件平均消耗電池電量

優化前系統功耗

0.0776uAh/s

2.1599uAh/s

28.150uAh/s(耗時11S)

7.562uAh/s(耗時47.8S)

優化后系統功耗

0.0622uAh/s

1.5159uAh/s

11.987uAh/s(耗時6.67S)

5.087uAh/s(耗時19.4S)

  

五、小結
    NB-IoT隨著功耗的改善,將更具有市場競爭力。城市管理所面對的難點問題,隨著智慧停車的發展,大規模項目的投建,必然會得到大大的緩解。待構建智慧城市的大量項目落地投建使用后,相信“停車難”的問題將不復存在了。


2019年01月14日

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