ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ

ENERGY-EFFICIENT SOLUTIONS FOR AUTOMATIC MONITORING OF PRODUCT OUTPUT PARAMETERS

Mikhail Slavkin

Postgraduate Student, Department of Radioelectronic Technologies and Environmental Monitoring, Tomsk State University of Control Systems and Radio Electronics,

Russia, Tomsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается решение, позволяющее сделать систему автоматической проверки зарядного устройства автомобильного аккумулятора более энергосберегающей. Предлагаются методы оптимизации энергопотребления, включая использование программных алгоритмов энергосбережения, динамическое управление питанием и выбор компонентов малой мощности. Был разработан прототип системы на базе микроконтроллера ESP32. Система была протестирована в двух режимах: стандартном и энергосберегающем. Результаты экспериментов показывают, что даже при сохранении высокой точности измерений потребление энергии снижается на 45%. Предлагаемое решение может быть использовано для крупномасштабного внедрения в отраслях, где энергосбережение является ключевым фактором.

ABSTRACT

The article discusses a solution that makes it possible to make the system for automatically checking the car battery charger more energy-efficient. Energy consumption optimization methods are proposed, including the use of energy-saving software algorithms, dynamic power management, and low-power component selection. A prototype system based on the ESP32 microcontroller was developed. The system has been tested in two modes: standard and energy-saving. The experimental results show that even while maintaining high measurement accuracy, energy consumption is reduced by 45%. The proposed solution can be used for large-scale implementation in industries where energy conservation is a key factor.

Ключевые слова: энергоэффективность, проверка, микроконтроллер, оптимизация, автоматизация.

Keywords: energy efficiency, verification, microcontroller, optimization, automation.

Современные зарядные устройства автомобильных аккумуляторов становятся все более сложными и энергоемкими, что требует разработки энергосберегающих решений для их автоматической проверки.

Энергопотребление системы автоматической проверки зарядных устройств автомобильных аккумуляторов играет важную роль, особенно при крупномасштабном производстве, даже небольшая оптимизация может сэкономить много ресурсов. Целью данной работы является разработка и тестирование энергосберегающих алгоритмов и аппаратных решений для автоматической проверки зарядного устройства.

Существующие системы автоматической диагностики зарядных устройств часто не учитывают энергопотребление, что приводит к чрезмерным затратам энергии. В последние годы были проведены исследования, направленные на оптимизацию энергопотребления устройств IoT (Internet of Things) и систем автоматизации. Однако для систем проверки зарядных устройств такие решения необходимо адаптировать, особенно учитывая необходимость обеспечения высокой точности измерений.

Для снижения энергопотребления системы были предложены следующие меры:

1. Оптимизация алгоритма. Уменьшение частоты опроса датчиков в режиме ожидания.

2. Использование энергосберегающих компонентов. Выбор маломощного микроконтроллера, например ESP32, для работы в режиме глубокого сна [1].

3. Динамическое управление питанием. Отключение неиспользуемых модулей (например, Wi-Fi), когда они неактивны.

4. Датчики энергосбережения. Применение маломощных датчиков для измерения напряжения, тока и температуры.

Использование микроконтроллеров ESP32 в проектах, уделяющих внимание энергосбережению, требует использования специализированных библиотек и методов программирования для минимизации энергопотребления [2]. ESP32 поддерживает различные режимы энергосбережения, такие как глубокий сон, кратковременный сон и режимы управления питанием.

Для реализации этих мер был разработан прототип системы на базе микроконтроллера ESP32, оснащенный датчиками мониторинга напряжения и тока (INA219) [3], а также температуры (DS18B20) [4]. Программное обеспечение написано на С++ с использованием энергосберегающих библиотек.

Программирование микроконтроллера ESP32 с целью снижения энергопотребления производится со следующими инструментами и методами:

1. Встроенные функции ESP-IDF, представляющего собой встроенные методы для регулирования и управления энергопотреблением. Режимы сна: Deep Sleep (глубокий сон), Light Sleep (легкий сон).

2. Управление питанием, в частности, настройка частоты процессора и отключение неиспользуемых модулей.

3. Основные библиотеки:

- WiFi.h (отключение Wi-Fi и управление режимом сна Wi-Fi).

- Esp_timer (создание энергоэффективных таймеров).

- RTC_IO (управление GPIO в режиме сна для снижения энергопотребления).

- Esp_adc (отключение АЦП, когда он не используется).

- Esp_bt (отключение Bluetooth для экономии энергии).

Эти инструменты позволяют значительно снизить энергопотребление ESP32, что особенно важно в условиях производства.

Был проведен эксперимент для оценки эффективности предложенного решения. Система была протестирована в двух режимах:

1. Стандартный режим: без оптимизации энергопотребления.
2. Энергоэффективный режим: с использованием всех предложенных мер.

Параметры эксперимента:

1. Продолжительность теста: 24 часа.
2. Количество проверяемых устройств: 10 зарядных устройств.
3. Параметры измерения: напряжение (В), ток (А), температура (°C), энергопотребление системы (Вт·ч).

Результаты эксперимента приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Энергопотребление системы при различных режимах работы

Результаты эксперимента демонстрируют, что использование энергосберегающих решений позволяет снизить энергопотребление системы на 45% (с 12,5 Вт·ч до 6,8 Вт·ч) при сохранении высокой точности измерений. Небольшое увеличение времени проверки (с 5,0 до 5,2 секунд) существенно не повлияет на общую производительность системы. Это подтверждает эффективность предлагаемых мер.

Разработанные энергосберегающие решения для автоматической проверки зарядных устройств доказали свою эффективность в ходе экспериментов. В будущем возможно дальнейшее снижение энергопотребления за счет использования более современных компонентов и алгоритмов. Это делает предлагаемую систему подходящей для широкомасштабного внедрения в отраслях, где энергосбережение является ключевым фактором. Дальнейшее развитие системы может включать интеграцию с платформой IoT (Internet of Things) для удаленного мониторинга и управления. Таким образом, предлагаемое решение не только повышает энергоэффективность, но и способствует устойчивому развитию технологий в области автоматизации и управления.

Список литературы:

1. Режимы сна ESP32 и их энергопотребление [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://digitrode.ru/computing-devices/mcu_cpu/2681-rezhimy-sna-esp32-i-ih-energopotreblenie.html (дата обращения 02.02.2025)
2. ESP32: режимы пониженного энергопотребления [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://microsin.net/programming/arm/esp32-sleep-modes.html (дата обращения 02.02.2025)
3. Обзор модуля тока и напряжения INA219 (CJMCU-219) [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://robotchip.ru/obzor-modulya-toka-i-napryazheniya-ina219/ (дата обращения 02.02.2025)
4. Обзор датчика температуры DS18B20 [Электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://robotchip.ru/obzor-datchika-temperatury-ds18b20/?ysclid=m6p6640jbc187994715 (дата обращения 02.02.2025)