Kapazitiven und Temperatursensoren entwickelt von Microdul und deren Arbeit im "AMANDA"* Projekt.

AutonoMous self-powered miniAturized iNtelligent sensor for environmental sensing anD asset tracking in smArt IoT environments

Wake-up und Temperaturerfassung mit geringstem Stromverbrauch

Das erste „A“ in der Abkürzung „AMANDA“ steht für „Autonomous“. Das Abschalten des Systemstroms, wenn die Karte nicht abgefragt wird, ist notwendig, um den Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten. Der niedrigste Energieverbrauch ist entscheidend, wenn die Solarzelle im Dunkeln ist, um die Lebensdauer der Batterie zu erhalten. Die Verwendung der Sensoren mit dem geringsten Stromverbrauch unterstützt ebenfalls die Erhaltung der Batterielebensdauer.

Aufwecken der AMANDA-Karte

Das System besteht aus einem Power-Management-IC (PMIC), einem Systemcontroller (MCU) und zwei Aufweckquellen: einem kapazitiven Berührungssensor und der Echtzeituhr (RTC). Der Einfachheit halber zeigt das Diagramm nicht den Rest des Systems, einschließlich der Solarzelle und der Batterie, die mit dem PMIC verbunden sind, oder die Sensoren, Speicher, RF-Module usw., die mit der MCU verbunden sind. Die MCU und der Rest des Systems werden über ein Schaltnetzteil versorgt. Das Abschalten der Systemleistung ermöglicht den geringstmöglichen Stromverbrauch im Power-Off-M ode, bei dem auch der Leckstrom des Systems vermieden wird.

Weckquellen aus diesem Power-Off-Modus sind der kapazitive Touch-Sensor MS8892 und die RTC. Ein Berührungsereignis oder ein RTC-Alarm aktiviert die Stromversorgung des Systems durch die Steuerung eines Schalters im PMIC. Die Ausgänge des MS8892 und der RTC sind beide aktiv-low, Open-Drain-Typen, die verbunden sind (Signalfreigabe).

Ein hoher Pegel an der Signalfreigabe wird durch einen Pull-up-Widerstand erreicht. Um externe Komponenten zu reduzieren, enthält der MS8892 einen internen Pull-up-Widerstand. Wenn das Signal Enable vom MS8892 auf einen logischen Low-Pegel getrieben wird, wird der interne Pull-up-Widerstand abgeschaltet, um den statischen Stromfluss zu vermeiden. Dies ist eine weitere Methode zur Reduzierung des Stromverbrauchs in Ultra-Low-Power-Systemen.

Der Stromversorgungszustand des Systems wird im internen Latch 'L' des MS8892 gespeichert. Der Latch 'L' wird durch ein Touch-Ereignis gesetzt (und damit die Schaltleistung über Enable eingeschaltet) oder wenn die RTC das Signal Enable aufgrund eines Alarms auf Low zieht. Nach dem Einschalten hat die MCU die Kontrolle und kann die Wake-up-Quelle aus der MS8892 auslesen. Sie kann die Parameter des MS8892 und die Alarmeinstellungen der RTC neu konfigurieren. Das System kehrt in den Power-Off-Modus zurück, indem es den Latch im MS8892 löscht, der das Schaltnetzteil deaktiviert. Der Latch kann durch einen I2C-Befehl oder ein optionales Hardware-Signal von einem GPIO der MCU an den INIT-Pin des MS8892 gelöscht werden. In diesem Anwendungsbeispiel wird weiterer Strom gespart, indem der MS8892 von einem permanenten Taktsignal der RTC (externer Takt) getaktet wird. Dadurch kann der interne Oszillator des MS8892 abgeschaltet werden. Wenn das System ausgeschaltet ist, beträgt die Stromaufnahme des PMIC, der RTC und des kapazitiven Touch-Schalters ca. 300nA, ist aber bereit und wartet auf ein Weckereignis! Weitere Informationen zum MS8892 finden Sie hier.

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