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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Stromverbrauch Datenspeicher


Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hallo
ich plane gerade einen neuen Datenlogger. Als Mikrochip-Fan kommt da 
einer der neuen XLP-uC rein. Aber für den Datenspeicher bin ich mir noch 
unschlüssig. Zum Schreiben brauchen EEPROM's und Flash teilweise ganz 
schön viel Strom (bis zu 10mA). Dieser hohe "Konsum" beschränkt sich 
zwar auf eine sehr kurze Zeit, aber ich würde doch lieber meinen 
Stromkonsum weiter reduzieren. Was habt ihr für Erfahrungen ? Welcher 
Speichertyp bietet sich für sehr geringen Stromverbrauch an? 
(Speichergröße mind 1MBit).

Gruß
gerhard

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hi

keiner ne Idee ?

gerhard

Autor: Falk Brunner (falk)
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Was ist denn an 2-3mA Schreibstrom bei einem EEPROM so tragisch? Willst 
du einen neuen Rekord aufstellen? Nimm einen 512 oder 1024 kBit EEPROM 
mit I2C und sei glücklich. EEPROM hat den Vorteil, dass er byteweise 
beschreibbar ist, damit kann man kleinere Datensätze einzeln schreiben 
und somit auch die Stromspitzen besser zeitlich verteilen. Im Fall der 
Fälle kann auch so ein EEPROM mit 16 oder 32 Byte gleichzeitig 
beschrieben werden, siehe Page Mode im Datenblatt.

MFG
Falk

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Hmm also ich weiß es von SD Karten so Pi mal Daumen: 100µA Standby, 
30-40mA lesen, 50 ++ mA schreiben.

Was anderes fällt mir eher nicht ein. Man könnte aber z.B. nur alle 
Minute auf das Speichermedium zugreifen/schreiben.

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hi

der Datenlogger, der da entstehem soll, ist Version 2. Version 1 hatte 
das Problem, dass die Batterie (700mAh) nach 160 Tagen leer war. Ziel 
des neuen ist es, dass die Batterie mind 365 Tage hält und sie muss auch 
noch kleiner werden (Platzprobleme). Der PIC braucht bei 31kHz Takt und 
1,8Volt gerade mal 10uA im Run-Mode, da sind "mA" für den Speicher im 
Verhältnis einfach zu viel.

Gerhard

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Vielleicht solltest Du Dein Speicherkonzept überprüfen. Man muß 
möglicherweise nicht jeden Datensatz sofort abspeichern.
Auch die Stromversorgung ist einen Blick wert, da gibt es oft 
Einsparmöglichkeiten.
Aber wie so oft hier gibst Du nur Bruchstücke preis, also bleibt es beim 
raten.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Bei einem Langzeitspeicher, der ein Jahr halten soll, muss die Datenrate 
gegen Null gehen, da sonst sofort voll. Bei einer Datenschreibrate gegen 
null, sind ein paar mA fuer ein paar mikrosekunden egal.

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hi
klar, muss man nicht jedes Ereignis sofort speichern, aber das ganze ist 
schon grenzwertig. Wir haben Betriebsstundenzähler im Einsatz 
(gekaufte), die laufen mehrere Jahre mit LCD-Anzeige ohne dass eine 
Batterie gewechselt werden muss. Aber die brauchen auch keinen separaten 
datenspeicher. Hier geht es um eine temperaturmessung, die 1* pro Minute 
durchgeführt wird, wenn die maschine läuft. Zudem muss die 
Einsatzzeit/Dauer festgehalten werden mit Datum und Uhrzeit. Da haben 
wir bei der Version 1 schon ein bisschen die Auflösung runtergeschraubt, 
und so kommt da fürs Jahr 1 Byte, für den Monat und den Tag nochmal 2 
byte und 1 Byte für die Minute (Granularität (1440/255 Minuten/Einheit) 
also 4 byte für Datum und Uhrzeit, dann 2 Byte für die Einsatzdauer in 
Sekunden, innerhalb eines Betriebes. Dann noch ein Byte für die 
Temperatur. Wieviel da pro tag gespeichert wird, hängt also auch davon 
ab, wie oft pro Tag ein und ausgeschaltet wird. Der Version 1 hatte 
64kByte Speicher, das war zu wenig. Der Speicher muss jetzt auch größer 
werden.

Gerhard

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Gerhard G. (sgssn)

>der Datenlogger, der da entstehem soll, ist Version 2. Version 1 hatte
>das Problem, dass die Batterie (700mAh) nach 160 Tagen leer war.

d.h. deine Schaltung zieht im Mittel 700mAh/160/24 = 0,2mA.

D.h. z.B. dass man mit 2mA für 10ms alle 100ms schreibt. Das ist sehr 
viel.

Wenn man z.B. 16 Byte in 5ms mit 2mA schreibt(Page Mode) und das einmal 
pro Minute, macht das im Mittel 180nA (NANOAmpere!).

Also ist dein Konzept noch nciht rund. Ideen gibt es im Artikel [[Sleep 
Mode]].

MfG
Falk

Autor: A. K. (prx)
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Schau dir mal die FRAMs an, z.B. FM24V10.

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Falk Brunner schrieb:
> d.h. deine Schaltung zieht im Mittel 700mAh/160/24 = 0,2mA

Hi
das war noch extremer. Die Version 1 hatte auch noch einen 3-achsigen 
Beschleunigungssensor zu bedienen, den also einzulesen, RMS-Wert 
berechnen und den Wert zu kategorisieren. Damit er das mit 10kHz 
Sample-rate geschafft hat, habe ich einen 16-Bitter (dsPIC30) genommen, 
der mit 8MHz lief. Das ergab dann einen Verbrauch von 45mA. Das wäre mit 
der Batterie gar nicht gegangen. Dafür wurde der Datenlogger, wenn die 
Maschine lief von extern mit Strom versorgt. Aber der Sleep, den ich da 
auch schon verwendet habe, hat 200uA geschluckt ( falk, deine Rechnung 
stimmt genau)

Gerhard

Autor: Dirk (Gast)
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Gerhard G. schrieb:
> (Speichergröße mind 1MBit).

Wenn Du über den Zeitraum eines Jahres Daten log'st und das bei einer 
Speichergröße von 1Mbit dann macht das durchschnittlich:


365 Tage x 24 Stunden x 3600 Sekunden = 31.536.000 Sekunden

1Mbit = 128Mbyte = 131.072 Byte


31.536.000 / 131.072 = ca. 240 Sekunden = 4 Minuten

macht 360 Bytes pro Tag (durchschnittlich)

wenn Du mindestens 16 Byte pufferst macht das 360 / 16 = 22.5 
Schreibzugriffe pro Tag.

Du solltest lieber nach dem Stromverbrauch Deiner restlich Pheripherie 
wie MCU etc. schauen.

Den EEPROM könntest Du direkt über einen Portpin der MCU zuschalten, 
wenn ein Lese/Schreibvorgang startet.

Welche Daten logst Du denn? Sensoren ? Deren Stromverbrauch?

Wie groß ist der Leckstrom/Eigenentladung Deiner Batterie?

Eine Möglichkeit ist es, nicht benötigte Pheripherie abzuschalten,
eine weitere, die MCU in den Ruhezustand zu versetzen und in einem 
bestimmten Zeitintervall wieder zu erwecken.

Dirk

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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Dirk schrieb:
> 1Mbit = 128Mbyte = 131.072 Byte

Kleiner Tippfehler: soll wohl 128Kbyte heißen ;)

Gruß,
Magnetus

Autor: Dirk (Gast)
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@Magnetus,

ja, Danke für die Korrektur Magnus.

Natürlich 128Kbyte

Die 128Mbyte Typen kommen erst Q3/2011 raus und die 128GByte nächstes 
Jahr ;-)

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hallo Dirk

was es an Sensoren gibt, habe ich oben schon geschrieben. Für die 
Version 2 ist nur ein Temperatursensor vorgesehen Im Wesentlichen gehts 
um die Nutzung der Maschine (zeitlich). Die Speichergröße von 64Kbyte 
bei der Version 1 musste auch noch für den Beschleunigungssensor 
reichen. Aber das fällt jetzt weg. Die tatsächliche Nutzung der Maschine 
pro tag ist eher gering. Also fällt nicht so eine gr0ße Menge an Daten 
an. Um die Datensicherheit zu gewährleisten müssen aber die daten schon 
in den nicht-Flüchtigen Speicher geschrieben werden.

Gerhard

Autor: Franko Phil (sgssn)
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A. K. schrieb:
> Schau dir mal die FRAMs an, z.B. FM24V10.

Hi
ah ja, das sieht gut aus. Fujitsu gibt für seine FRAMs Schreibströme bis 
10mA an. Ramtron ist da offenbar besser.

Gerhard

Autor: Dirk (Gast)
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Gerhard G. schrieb:
> Hier geht es um eine temperaturmessung, die 1* pro Minute
> durchgeführt wird, wenn die maschine läuft. Zudem muss die
> Einsatzzeit/Dauer festgehalten werden mit Datum und Uhrzeit. Da haben
> wir bei der Version 1 schon ein bisschen die Auflösung runtergeschraubt,
> und so kommt da fürs Jahr 1 Byte, für den Monat und den Tag nochmal 2
> byte und 1 Byte für die Minute (Granularität (1440/255 Minuten/Einheit)
> also 4 byte für Datum und Uhrzeit, dann 2 Byte für die Einsatzdauer in
> Sekunden, innerhalb eines Betriebes. Dann noch ein Byte für die
> Temperatur. Wieviel da pro tag gespeichert wird, hängt also auch davon
> ab, wie oft pro Tag ein und ausgeschaltet wird.

Wie bekommt Dein Datenlogger mit, wann die Maschine läuft?

Wird Dein Datenlogger dann mit Ein- und Ausgeschalten ?

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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Gerhard G. schrieb:
> ah ja, das sieht gut aus. Fujitsu gibt für seine FRAMs Schreibströme bis
> 10mA an. Ramtron ist da offenbar besser.

Die 10mA Schreibstrom erscheinen auf den ersten Blick vielleicht recht 
hoch, rechnet man jedoch mal nach, wie viel Energie für das Beschreiben 
des gesamten Speichers (128KByte) benötigt wird, sieht es (dank der 
kurzen Schreibdauer von ca. 150ns) wieder harmlos aus:

tw         :  Dauer des Schreibzyklus
capacity   :  Speichergröße in Bytes
Iw         :  Schreibstrom
tw * capacity * Iw  =  150ns * 131072 * 10mA  = 0,1966mAs

=  0,0000546mAh

Gruß,
Magnetus
(ex-Azubi)

;o)

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hi
"Wie bekommt Dein Datenlogger mit, wann die Maschine läuft?
Wird Dein Datenlogger dann mit Ein- und Ausgeschalten ?"

ja, die vesion 1 wurde dann ja direkt von der Maschine versorgt. 
Version2 bekommt eine Signalleitung für 12 Volt (Ein) und eine Antenne 
für Benzin-Motore.

und hallo Magnus
"Die 10mA Schreibstrom erscheinen auf den ersten Blick vielleicht recht
hoch, rechnet man jedoch mal nach, wie viel Energie für das Beschreiben
des gesamten Speichers (128KByte) benötigt wird, sieht es (dank der
kurzen Schreibdauer von ca. 150ns) wieder harmlos aus:"

Damit hast du natürlich Recht. Aber vielleicht weist du auch wie eine 
geschwächte Batterie, die schon hochohmig ist, auf einen Lastsprung 
reagiert: die Spannung bricht zusammen. Das kann man zwar wieder mit ner 
fetten Kapazität puffern, aber wie gesagt, ich würde gern alle 
Komponenten so Energiesparend wie nur möglich auslegen, damit auch die 
Batterie so klein wie möglich sein kann. Nach der "Stoffsammlung" kann 
ich dann ja immer noch entscheiden, ob sich eine zeitlich begrenzte 
Belastung wesentlich auswirkt oder nicht. Meine Erfahrungen mit der 
Version 1 des datenloggers waren auf jeden Fall energetisch betrachtet 
nicht so toll.

Gruß
Gerhard

Autor: Dirk (Gast)
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Gerhard G. schrieb:
> ja, die vesion 1 wurde dann ja direkt von der Maschine versorgt.

warum dann ein Accu mit 700mAh???

> Version2 bekommt eine Signalleitung für 12 Volt (Ein) und eine Antenne
> für Benzin-Motore.

warum verwendest Du diese 12V nicht mit? bei der geringen Stromaufnahme 
kein
Problem.
Statt Accu einen SuperCap, der puffert Dir Deine Schaltung über längere 
Zeit bis zur nächsten Aktion und lädt sich wieder auf.

Antenne für Benzine Motore ???????

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Dirk schrieb:
> warum dann ein Accu mit 700mAh???

Für die Zeit, wo der Logger nicht versorgt wird, muss die "interne Uhr" 
weiterlaufen, damit Datum und Uhrzeit up to date bleiben.

>warum verwendest Du diese 12V nicht mit? bei der geringen Stromaufnahme
kein
Problem.
Statt Accu einen SuperCap, der puffert Dir Deine Schaltung über längere
Zeit bis zur nächsten Aktion und lädt sich wieder auf.

Antenne für Benzine Motore ???????

Das geht eben nicht, da Benzinmotore mir keine Versorgung liefern. Und 
das was ich als Antenne bezeichnet habe, ist ein Draht, der um die 
Zündleitung gewickelt wird.

gerhard

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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Gerhard G. schrieb:
> Damit hast du natürlich Recht. Aber vielleicht weist du auch wie eine
> geschwächte Batterie, die schon hochohmig ist, auf einen Lastsprung
> reagiert: die Spannung bricht zusammen.

Prinzipiell muss ich Dir da natürlich Recht geben... vorausgesetzt, man 
betrachtet/misst das Ganze in einem für den Menschen direkt 
wahrnehmbaren Zeitraum...

> Das kann man zwar wieder mit ner fetten Kapazität puffern

Eine "fette Kapazität" muss hier noch nicht mal zum Einsatz kommen.

Selbst wenn wir jetzt mal von ungünstigen Werten ausgehen

                      lt. Datenblatt    angenommen

Schreibstrom:         10 mA             50mA
Schreibzyklus:        150ns             500ns
Pufferkapazität:      ---               1µF    (noch sehr kompakt)

Meine Beispielrechnung:
                       I x t       50mA x 500ns
Spannungseinbruch  =  -------  =  --------------  =  0.025V
                         C             1µF

Wenn man nun einen ganzen Datensatz in der Größenordnung von z.B. 
10Bytes schreibt, so ergibt sich ein Spannungseinbruch von 0.25V. Der 
Stromverbrauch des gesamten Datenloggers im "Active-Modus" ist hierbei 
natürlich nicht berücksichtigt. In der Beispielrechnung habe ich jedoch 
sehr ungünstige Werte (knapp die siebzehnfache Energie) angenommen. 
Auf jeden Fall bekommt man mal einen guten Eindruck davon, in welchen 
Dimensionen wir uns bewegen ;)

LG,
Magnetus

Autor: Gerhard (Gast)
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Hi
ich habe meine Überlegungen nicht messtechnisch verifiziert. Der 25LC256 
(EEPROM) braucht lt Datenblatt 5mA beim Schreiben. Der eigentliche 
Schreibprozess, nach Freigabe des Schreibens, dauert 5ms. Damit sieht 
der Spannungseinbruch anders aus. C=I*t/U. 5mA*5ms/1V = 25uF. Also bei 
einem Puffer-Elko von 25uF bricht die Spannung um 1 Volt ein. Das ist 
meine Interpretation des Datenblattes.

Gruß
Gerhard

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
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Ich bezog mich auf die Daten der FRAMs...

Gerhard G. schrieb:
> A. K. schrieb:
>> Schau dir mal die FRAMs an, z.B. FM24V10.
>
> Hi
> ah ja, das sieht gut aus. Fujitsu gibt für seine FRAMs Schreibströme bis
> 10mA an. Ramtron ist da offenbar besser.
>
> Gerhard

LG
Magnetus

Autor: Franko Phil (sgssn)
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Hallo

deshalb suche ich auch einen anderen Speichertyp. Die EEPROM's haben 
eben auch Schwächen. Aber ob die FRAM's die Lösung sind, muss sich auch 
noch zeigen. Meine Erfahrung mit Ramtron sind bisher nicht die Besten. 
Nicht dass ich behaupten könnte, dass die Dinger nix taugen, sondern ich 
krieg schlicht und einfach keine. Ich habe schon vor einiger Zeit 
versucht Muster zu bekommen, bin von Ramtron an einen Distributor 
verwiesen worden und von denen habe ich nichts bekommen. Im Moment habe 
ich es mal wieder versucht, habe also 2 Muster von den FM25V10 (SPI) 
bestellt. Mal sehen, ob sich was tut. Und billig sind die auch nicht 
gerade. Meine Anfrage bei Future Electrinics ergab 14 Wochen Lieferzeit 
und ca 11 Dolar/Stück bei 100 Stück Abnahme.

Gerhard

Autor: Erich (Gast)
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Mouser hat lt. Internetabfrage die FM25V10 a.L., für  10,65  Euro 
Einzelpreis.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Gerhard G. (sgssn)

>deshalb suche ich auch einen anderen Speichertyp. Die EEPROM's haben
>eben auch Schwächen.

Tausende von Datenloggern vor dir nutzen EEPROM sehr erfolgreich. Ich 
sehe nicht, wie du damit nicht klarkommen solltest.

MFG
Falk

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