Oggi più che mai, l’efficienza energetica è un aspetto cruciale nello sviluppo di dispositivi IoT e wearable. La crescente domanda di prodotti sostenibili e a basso consumo richiede soluzioni innovative che garantiscano prestazioni elevate senza compromettere la durata della batteria. Arduino risponde a questa sfida con i suoi moduli della linea Pro, dotati di chip potenti e regolatori efficienti, che permettono agli sviluppatori di ottimizzare le impostazioni energetiche per soddisfare le esigenze specifiche dei loro progetti.

Per semplificare ulteriormente questo processo, Arduino ha lanciato una nuova libreria di gestione energetica progettata appositamente per i moduli Arduino Pro, come Portenta H7, Portenta C33 e Nicla Vision. Questa libreria consente di monitorare il consumo di batteria, regolare i parametri di carica e gestire componenti in modo da ridurre il consumo energetico. In modalità di deep sleep, alcune schede possono addirittura consumare meno di 100 microampere, permettendo un’autonomia di mesi o anni con una singola carica.

L’importanza dell’ottimizzazione dei consumi energetici

L’ottimizzazione dei consumi energetici non riguarda solo il risparmio di batteria, ma anche la sostenibilità e l’affidabilità dei dispositivi. Con la crescente preoccupazione per l’impatto ambientale, sviluppare dispositivi che consumano meno energia significa ridurre gli sprechi, prolungare la vita utile dei prodotti e, in definitiva, offrire soluzioni più sostenibili.

Grazie alla nuova libreria di gestione energetica di Arduino, è possibile ottimizzare il consumo dei dispositivi IoT e wearable, garantendo al contempo prestazioni elevate. I principali vantaggi includono la possibilità di monitorare in tempo reale la salute e il consumo della batteria, gestire le modalità di standby e sleep, e ottimizzare l’uso dei regolatori di potenza.

Funzionalità chiave della libreria di gestione energetica

Per supportare gli sviluppatori in questo compito, Arduino ha introdotto una libreria di gestione energetica pensata per i moduli Portenta H7, Portenta C33 e Nicla Vision (link utili in calce all’articolo). Questa libreria offre strumenti avanzati per monitorare e gestire il consumo energetico dei dispositivi, con funzionalità che includono:

• Monitoraggio della batteria: Tieni sotto controllo parametri vitali come tensione, corrente, percentuale e temperatura della batteria in tempo reale.
• Tracciamento della salute della batteria: Monitora lo stato di salute della batteria con dati dettagliati su temperatura e capacità residua.
• Controllo della carica: Regola e monitora i parametri di carica della batteria per ottimizzare la gestione energetica.
• Modalità Sleep e Standby: Riduci significativamente il consumo energetico mettendo i moduli Portenta in modalità Sleep o Standby. Queste modalità sono perfette per progetti che richiedono un lungo tempo di funzionamento con alimentazione a batteria.

La gestione della batteria come un professionista

Gestire la batteria in modo efficiente è fondamentale per garantire l’affidabilità a lungo termine dei dispositivi. Il monitoraggio in tempo reale della salute della batteria consente di ottimizzare il consumo energetico e prevenire guasti improvvisi o cali di prestazioni. Con la nuova libreria di Arduino, puoi tenere sotto controllo la tensione, la corrente e la temperatura della batteria, prevedendo con precisione i tempi di carica e scarica. Questo tipo di gestione proattiva ti permette di risolvere potenziali problemi prima che diventino critici, allungando la vita della batteria e migliorando l’efficienza energetica complessiva del dispositivo.

Ready to optimize your IoT and wearable devices for extended battery life and better performance? Arduino's new power management library allows you to create smarter, more sustainable solutions that stand the test of time: https://t.co/V7tHvnObCU pic.twitter.com/TH0FXlWtcO

— Arduino (@arduino) September 24, 2024

Gestione intelligente della carica per una durata massima

La libreria di gestione energetica ti dà il controllo completo sul processo di carica delle batterie LiPo, suddiviso in tre fasi:

1. Pre-carica: La batteria viene inizialmente caricata con una corrente bassa per garantire una carica sicura e progressiva.
2. Corrente costante: La batteria viene caricata a corrente costante fino a raggiungere la tensione massima.
3. Tensione costante: In questa fase, la corrente viene gradualmente ridotta per evitare il sovraccarico della batteria.

Monitorare il processo di carica in queste tre fasi è essenziale per mantenere le batterie in salute, ottimizzando al contempo la durata di vita e le prestazioni del dispositivo.

Modalità di risparmio energetico per una maggiore autonomia

Nei dispositivi IoT moderni, l’efficienza energetica è critica, specialmente quando si utilizzano batterie per lunghi periodi di tempo. Le modalità Sleep e Standby consentono di risparmiare energia senza compromettere le prestazioni. Ad esempio:

• Modalità Sleep: Consente di ridurre il consumo a circa la metà rispetto al normale funzionamento, pur mantenendo il dispositivo reattivo. È ideale per applicazioni che devono rispondere rapidamente pur risparmiando energia.
• Modalità Standby: Riduce il consumo energetico a livelli estremamente bassi, fino a 50-300 microampere, ideale per applicazioni che necessitano di lunghi periodi di autonomia.

Queste modalità possono essere personalizzate per rispondere a stimoli esterni, come sensori o input, garantendo che il dispositivo si attivi solo quando necessario.

	Arduino Portenta C33	Arduino Portenta H7 Lite	Arduino Portenta H7
Senza ottimizzazione energertica	41.37 mA	123.86 mA	123.86 mA
Consumi in standby con le periferiche spente	58.99 uA	75.51 uA	379 uA
Consumi in standby con le periferiche	11.53 mA	4.89 mA	7.98 mA
Consumi in sleep con le periferiche spente	7.02 mA	N/A	N/A
Consumi in sleep con le periferiche	18.26 mA	N/A	N/A

Queste misurazioni sono state effettuate utilizzando il Nordic Power Profiler Kit II attraverso il connettore JST dei moduli Portenta. È importante notare che i valori potrebbero essere più alti se si alimentano i moduli tramite i pin VIN o 5V, poiché richiedono più regolatori di potenza rispetto ai regolatori integrati del PF1550.

Ulteriori dettagli

Per quanto riguarda questa nuova libreria, Arduino ha creato una repository Github. Vediamo in breve il suo contenuto.

Struttura della libreria Arduino PowerManagement

La Arduino PowerManagement Library è progettata specificamente per i moduli della linea Pro, come Portenta H7, Portenta C33 e Nicla Vision. La libreria è organizzata in tre classi principali, ognuna delle quali gestisce aspetti specifici della gestione energetica:

• Battery: Questa classe è dedicata alla gestione della batteria e offre un monitoraggio in tempo reale di parametri come tensione, corrente e percentuale di carica, fornendo anche dati sulla salute della batteria. Grazie a queste informazioni, gli sviluppatori possono ottimizzare le loro applicazioni per una maggiore efficienza energetica e una maggiore durata della batteria.
• Charger: La classe Charger permette di monitorare e regolare i parametri di carica della batteria. La libreria è configurata di default per funzionare con batterie LiPo da 3,7V che si caricano a 4,2V, ma supporta anche altri tipi di batterie tramite una semplice configurazione.
• Board: Questa classe centralizza il controllo dell’alimentazione all’interno del dispositivo. Consente di gestire i power rails, ovvero le linee di alimentazione che distribuiscono l’energia a vari componenti, permettendo di attivare o disattivare selettivamente i componenti per risparmiare energia.

Ottimizzazione avanzata: modalità Sleep e Standby

La libreria offre due modalità di risparmio energetico avanzate:

• Modalità Sleep: Riduce significativamente il consumo energetico mantenendo il dispositivo in uno stato di attività minima. Questa modalità è ideale per applicazioni che richiedono intervalli brevi di inattività o frequenti risvegli. Sul modulo Portenta C33, questa modalità può essere abilitata manualmente, mentre sui moduli H7 e Nicla Vision è gestita automaticamente tramite Mbed. Esiste anche una modalità di deep sleep per il Portenta H7 e Nicla Vision, attivabile tramite librerie a basso consumo.
• Modalità Standby: Per le applicazioni che richiedono una drastica riduzione del consumo energetico, la modalità Standby offre un risparmio estremo. Questa modalità è perfetta per progetti a lungo termine alimentati a batteria, poiché riduce il consumo al minimo, e al risveglio il dispositivo viene riavviato eseguendo di nuovo la funzione setup().

Integrazione di componenti hardware per una gestione avanzata

La libreria gestisce componenti hardware avanzati come il circuito integrato PF1550 Power Management Integrated Circuit (PMIC) e il misuratore di carica MAX17262 LiPo Fuel Gauge, entrambi cruciali per una gestione ottimale dell’energia. Il PMIC gestisce in modo efficiente la distribuzione dell’energia ai componenti del modulo, mentre il MAX17262 consente un monitoraggio accurato della carica e della salute delle batterie, riducendo il rischio di sovraccarico o scarica eccessiva.

Conclusione

Ottimizzare il consumo energetico è essenziale per sfruttare al meglio i progetti basati su Arduino Pro. Con strumenti avanzati come le modalità di sleep personalizzabili, il monitoraggio dettagliato della batteria e il controllo flessibile dei componenti, puoi prolungare la durata della batteria e migliorare l’efficienza energetica dei tuoi dispositivi. Che tu stia lavorando su Portenta H7, Portenta C33 o Nicla Vision, queste funzionalità ti consentono di creare soluzioni IoT e wearable più intelligenti e sostenibili, che durano nel tempo.

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Link utili

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