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EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2023 XXIII POWER PROFILER Architettura di un tipico sensore alimentato a batteria Nella figura 1 viene riportata l’architettura funzionale di un sensore di umidità e temperatura alimentato a bat- teria e connesso in modalità wireless. Si tratta di un’ar- chitettura tipica di numerosi dispositivi IoT/IIoT usati per misurare e riportare svariati parametri ambientali. Il funzionamento del sensore prevede il sequenziamento del microcontrollore (MCU) attraverso le seguenti fasi: • risveglio dalla fase di “sleep” • richiesta delle letture di temperatura e umidità dagli elementi del sensore • impacchettamento dei dati del sensore nel formato previsto dal protocollo di messaggistica • richiesta di un collegamento a un punto di accesso wireless da parte del trasceiver • trasferimento dei dati al sistema host • rientro dell’intero sistema nello stato di “sleep” Per la regolazione e la conversione della potenza di un’a- limentazione a batteria si utilizza un apposito integrato per la gestione della potenza (PMIC – Power Management IC), mentre un circuito aggiuntivo fornisce le misure di corrente e tensione. Questi dati possono essere “impac- chettati” insieme a quelli forniti dal sensore nell’appli- cazione host. I microcontrollori wireless di tipo SoC (System-on-Chip) ad alto grado di integrazione solitamente includono la maggior parte delle funzionalità evidenziate in figu- ra 1. Un esempio è rappresentato dal modulo SiP (Sy- stem-in-Package) cellulare nRF9160 di Nordic Semicon- ductor riportato in figura 2. Per completare un progetto sono necessari solamente i sensori e i componenti per il condizionamento del se- gnale associati. Nel datasheet del dispositivo sono riportati i singoli para- metri relativi al consumo di potenza del microcontrollore e del transceiver wireless per differenti modalità di “sleep”. La figura 3mostra il consumo di corrente (tipico) dellaMCU in differenti stati, con valori che variano da 0,1 a 600 µA. Poiché il transceiver wireless è controllato in maniera indipendente, è possibile gestire il suo profilo di consu- mo. Il firmware embedded, ad esempio, potrebbe garan- tire che il transceiver venga abilitato solo quando richie- sto. Alcun delle periferiche della MCU potrebbero essere poste in modalità di “sleep” durante il funzionamento, contribuendo a ridurre il profilo di consumo. Misura del consumo di potenza: problematiche e risorse Per stimare la durata della batteria di un sensore è neces- saria un’attenta analisi del consumo di corrente del di- Fig. 1 – Architettura funzionale semplificata di un tipico sensore per applicazioni IoT/IIoT (Fonte: Mouser) Fig. 2 – Il modulo SiP nRF9160 ad alto grado di integrazione di Nordic include un microcontrollore e un transceiver wireless per le comunicazioni cellulari (Fonte: Nordic Semiconductor) Fig. 3 – Consumo di corrente della MCU del modulo SiP nRF9160 di Nordic in differenti modalità di “sleep” (Fonte: Nordic)