Jak możliwy jest zegarek na rękę z 10-letnią żywotnością baterii?

Okazuje się, że Casio oferuje garść zegarków na rękę z „10-letnią żywotnością baterii” . Twierdzenie jest takie, że dzięki „zaawansowanej technologii” żywotność baterii w tych zegarkach wydłuża się do dziesięciu lat.

Teraz, gdy spojrzysz na różne modele, zobaczysz, że są one dość skomplikowane, dlatego prawdopodobnie zużywają energię - na przykład model AW-80-1AV ma zarówno wyświetlacz ciekłokrystaliczny i dłonie, jak i ma podświetlenie LED i alarm dźwiękowy.

Najpierw pomyślałem, że może kluczem jest bateria. Model AW-80-1AV działa na CR2025. Arkusz danych Energizer CR2025 określa, że ​​ten akumulator ma nominalne napięcie wyjściowe 3 wolty i nominalną pojemność 163 mAh, więc przechowuje 0,489 wolto-amperogodzin.

Dla porównania, typowy podstawowy model Swatcha pracuje przez około trzy lata na akumulatorze Renata z tlenkiem srebra 390 (SR1130SW), który ma nominalne napięcie wyjściowe 1,55 wolta i pojemność nominalną 60 mAh, a zatem przechowuje 0,093 wolto-amperogodzin energii.

CR2025 przechowuje więc około pięć razy więcej energii, ale podstawowy model Swatcha ma tylko ręce - bez wyświetlacza cyfrowego, bez podświetlenia, bez alarmu, więc prawdopodobnie zużywa mniej energii.

Oczywiście musi istnieć coś więcej niż większa bateria, która umożliwia 10-letnią żywotność baterii.

Jak możliwa jest 10-letnia żywotność baterii w dość energochłonnym zegarku na rękę?

10 lat = ~ 87650 godzin.
Odpływ 1 uA będzie wymagał 87,75 mAh za 10 lat.
Z pewnym spadkiem trwałości, który jest wystarczająco blisko
= 10 mAh / uA / rok lub
= 100 mAh / uA / 10 lat

Tak więc cytowana bateria o pojemności 163 mAh zapewni średnią 1,63 uA.
Technologia, rozmiar i szczęście mogą sprawić, że powiesz, że 5 uA oznacza.

Istnieje 86400 sekund / dzień. Istnieje 1440 minut dziennie.

Przekonasz się, że np. Użycie alarmu jest znacznie ograniczone w dozwolonym użyciu, aby uzyskać 10 lat. Jeśli 1 uA odpływu służy do alarmu, otrzymasz 24 uA.hr/day lub 86400 uA.seconds lub 86 mA.seconds. To około 240 mW sekund przy 3 V. Lub powiedzmy, że 5 x 50 mW x 1 sekunda serii / dzień.

Dioda LED może zapewnić wystarczające oświetlenie przy 1 mA. Użyj go 5 razy dziennie x 1 sekunda = 5 mA.sec = 5000 uA.sec lub „tylko” 5000/86400 = 0,06 uA średni drenaż. Zwiększ zgodnie z potrzebami i dozwolonymi.

Czy zdołasz utrzymać czas utrzymując IC na powiedzmy 1 uA?
Prawdopodobnie tak.

Ogólnie rzecz biorąc, wszystko mieści się w obszarze „teoretycznie możliwe, jeśli naprawdę bardzo sprytne i ostrożne”.
Można się już spodziewać, że Casio będzie całkiem sprytny.

Zauważ, że jeśli używany jest jakikolwiek sposób pozyskiwania energii, wszystkie zakłady są włączone. Zebranie USA lub kilku dźwięków wykonalnych.

PRAWDZIWY PRZYKŁAD ŚWIATA:

Jest wiele innych.

We wrześniu 2012 r. Użytkownik Hli skomentował:

EFM32, który jest MCU ARM Cortex M3, może działać na około 1,45µA podczas sterowania LCD (550nA dla LCD i 900nA dla uruchomienia RTC i utrzymania pamięci RAM). Tak więc układ utrzymujący tylko czas powinien być w stanie działać na znacznie mniejszym poziomie

Podany przez niego link jest teraz uszkodzony, więc:

Rodzina „Gecko” EFM32 to mikrokontrolery M0 +, M3, M4 ARm Cortex firmy Silabs

Wyszukiwanie Silabs EFM32

Wonder Gecko

• EFM32 ™ Wonder Gecko 32-bitowy mikrokontroler ARM® Cortex®-M4 Silicon Labs Rodzina 32-bitowego mikrokontrolera EFM32 ™ Wonder Gecko (MCU) obejmuje 60 urządzeń opartych na rdzeniu ARM® Cortex®-M4, który zapewnia pełny zestaw instrukcji DSP i zawiera sprzętową FPU dla szybszej wydajności obliczeń.

  Jednostki MCU Wonder Gecko mają do 256 kB pamięci flash, 32 kB RAM i prędkości procesora do 48 MHz. MCU wykorzystują wysoce zróżnicowaną technologię Gecko, aby zminimalizować zużycie energii, w tym elastyczny zakres trybów gotowości i uśpienia, inteligentne urządzenia peryferyjne, które pozwalają projektantom na implementację wielu funkcji bez wybudzania procesora i bardzo niskiego prądu czuwania. Dzięki najniższemu zużyciu energii czynnej i czuwania Wonder Gecko jest najbardziej energooszczędnym MCU Cortex-M4 na świecie.

Inne warianty xxx-Gecko M0 +, M3, M4

Oferty Digikey „Gecko” - legion

Najniższy koszt w 100's z LCD EFM32TG822F32-QFP48T 2,03 US $ / 100 Digikey

Tryb użytecznej najniższej mocy z uruchomionym RTC - EM2 - głęboki sen

W EM2 oscylator wysokiej częstotliwości jest wyłączony, ale przy działającym oscylatorze 32,768 kHz wybrane peryferia o niskiej energii (LCD, RTC, LETIMER, PCNT, LEUART, I 2C, LESENSE, OPAMP, WDOG i ACMP) są nadal dostępne. Zapewnia to wysoki stopień autonomicznej pracy przy poborze prądu wynoszącym zaledwie 1,0 µA z włączoną funkcją RTC. Włączony jest również reset po włączeniu, wykrywanie zaniku zasilania oraz pełna pamięć RAM i utrzymanie procesora.

EM1 - sen

W EM1 procesor śpi, a pobór mocy wynosi tylko 51 µA / MHz. Wszystkie urządzenia peryferyjne, w tym DMA, PRS i system pamięci, są nadal dostępne

EM0 - działa

W EM0 procesor pracuje i zużywa zaledwie 150 µA / MHz podczas uruchamiania kodu z pamięci flash. Wszystkie urządzenia peryferyjne mogą być aktywne.

Zatem praca w EM0 przez 1 ms / s dodaje 0,15 uA do obciążenia w stanie gotowości EM2.

Ogólnie rzecz biorąc, działanie w EM2 przy średniej wartości około 1 uA plus EM0 zgodnie z wymaganiami pozwoliłoby na osiągnięcie celu 10 lat / 163 mAh.

___________________________________

Zbieranie energii:

Wibracje i ruch mogą być potencjalnymi źródłami energii.

Wydaje się, że krzemowy panel słoneczny / panel słoneczny
Dostępna moc z grubsza wynosi 150 W / m ^ 2 przy 1 słońcu = 100 000 luksów.
„Panel” 10 mm x 10 mm przy 10 luksach przy tych wartościach znamionowych zapewniłby ~ = 150 W x (0,01 mx 0,01 m) x 10 luksów / 100000 luksów = 15 mikroWatów.

10 luksów to słabo oświetlone pomieszczenie - na poziomie, w którym kolor zmienia się w monochromatyczny. Ciemny!
Jeśli ten poziom czułości można utrzymać przy tak niskim poziomie światła (jak to całkiem możliwe w przypadku innych „chemii”), zasilanie światłem wydaje się realne.

Być może te zegarki używają pewnego rodzaju systemu pozyskiwania energii do ładowania akumulatora?

Automatyczny zegarek kwarcowy ma mechanizm zbioru energii, które, podobnie jak mechaniczny samonakręcający zegarek, wyciąga małe ilości energii z dnia na dzień ruchami osoby noszącej go.

Zegarek zasilany energią słoneczną wykorzystuje niewielką baterię słoneczną na energię pobiera z niego światła otoczenia. (Nawet oświetlenie wewnętrzne, znacznie ciemniejsze niż światło słoneczne, jest wystarczające, aby zegarek działał).

Słyszę, że takie zegarki zwykle działają normalnie przez około dzień, gdy są odcięte od zewnętrznego źródła zasilania (zdjęte z nadgarstka, umieszczone w ciemnym pokoju itp.). Następnie przechodzą w stan niskiego poboru mocy, w którym wszystko jest wyłączone, z wyjątkiem wewnętrznego taktowania - wyświetlacz LCD gaśnie, ręce zatrzymują się. Zegarek ma rezerwę mocy, która może utrzymywać wewnętrzny pomiar czasu przez co najmniej miesiąc; jeden producent twierdzi, że ma zegarki z 4-letnią rezerwą mocy. Następnie, gdy go podniesiesz i potrząśniesz, bateria zacznie się ładować, a „dłonie zaczną się magicznie obracać, aby dopasować się do aktualnego czasu”. ( a ).

Szukasz szczegółowych informacji na temat budowy urządzeń elektronicznych o wyjątkowo niskim zużyciu energii? W takim razie możesz przeczytać notatki Jeelabs dotyczące elektroniki małej mocy ( b ). Jeden JeeNode działa od ponad 2 lat na jednym ładowaniu baterii (naładowany 21 sierpnia 2010 r .; nadal działa i nadal liczy na 15 września 2012 r.). ( c )

A może szukasz technik zapobiegających przedwczesnemu awariom baterii? Ładowanie akumulatora wiele razy w ciągu 10 lat jest „łatwiejsze” niż próba uzyskania ogniwa podstawowego na 10 lat, ale nie czyni go „łatwym”. Kupiłem nowe akumulatory do kilku urządzeń elektroniki użytkowej, gdy oryginalny akumulator zużył się w czasie krótszym niż 5 lat - nie tylko rozładowany, ale całkowicie wyczerpany. (Szczególnie frustrujące jest to, że 5-letni sprzęt używa akumulatorów o specjalnym kształcie, które przestały produkować lata temu i są teraz niedostępne, i podejrzewam, że wszystkie nowe błyszczące, dziwnie ukształtowane akumulatory również będą niedostępne za 5 lat. ). Jak uchronić baterie przed przedwczesnym awarią, stanowiłoby dobre osobne pytanie - chciałbym znać odpowiedź.

Kluczem tutaj jest to, że nie ma drugiej ręki zamiatania. Wskazówka minutowa zwiększa się tylko raz na 20 sekund i jest to jedyny ruch, który występuje w rękach.