Technischer Entscheidungsleitfaden · Tragbares Gerät

Wie planen Sie Akkulaufzeit und BLE-Verbindung bei Wearables?

Die Akkulaufzeit eines Wearables hängt nicht allein von der Akkukapazität oder der Wahl des BLE-Prozessors ab. Betriebszeiten der Sensoren, Datenübertragung, Aufrechterhaltung der Verbindung und physischer Aufbau des Produkts müssen gemeinsam betrachtet werden. Das Entwicklungsziel wird anhand des vollständigen Nutzungszyklus festgelegt und am Prototyp messtechnisch überprüft.

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Technische Darstellung der gemeinsamen Entwicklung von Batterie, BLE-Funk, Sensorik und Gehäuse eines Wearables
Konzeptionelle technische Demonstration · Technischer Entscheidungsleitfaden · Tragbares Gerät
BerechnungStrom × Dauer × Nutzungshäufigkeit
VerbindungBLE nach Daten- und Reaktionsanforderung
KontrolleVerbrauchsmessung im tatsächlichen Gehäuse

VOMRO Engineering-Ansatz

Beschreiben Sie das Nutzungsprofil, bevor Sie nach der Laufzeit in Tagen fragen.

Die gelegentliche Meldung eines Ereignisses durch das Gerät und die kontinuierliche Übertragung von Sensordaten verursachen nicht den gleichen Energiebedarf. Funktionen wie Anzeige, Vibration, Licht, lokale Aufzeichnung und erneute Verbindung können den Gesamtverbrauch verändern. Auch die Art und Weise, wie der Benutzer das Produkt trägt und wie er es auflädt, beeinflusst die Entscheidung zwischen Akkuvolumen und Ergonomie.

Das erste Dokument sollte Betriebsphasen, Datenhäufigkeit, zulässige Reaktionszeit und vorgesehenes Ladeverhalten gemeinsam definieren. Die Batterielaufzeit ist zunächst ein Ziel. Eine erste Berechnung aus Komponentendaten wird mit Messungen der tatsächlichen Hard- und Software aktualisiert. Die folgenden Entscheidungen erläutern die benötigten Berechnungsdaten und die Bewertung der BLE-Verbindung.

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1. Verbrauch mit allen Betriebsphasen berechnen

Teilen Sie den Betriebszyklus in Phasen wie Schlafen, Aufwachen, Sensorauslesung, Datenverarbeitung, Funkübertragung und Benutzerbenachrichtigung auf. Der mittlere Strom lässt sich schätzen, indem die Summe der Produkte aus Strom und Dauer jeder Phase durch die Gesamtdauer geteilt wird. Für Bauteile, die in derselben Phase gemeinsam arbeiten, wird der Gesamtstrom der Platine gemessen. So lassen sich kurze Verbrauchsspitzen eines Sensors und der Einfluss einer dauerhaft aktiven Hilfsschaltung gemeinsam bewerten.

Die Division der Kapazität durch den durchschnittlichen Strom ergibt die ungefähre Betriebszeit; Verfügbare Kapazität, Temperatur und Alterungstoleranzen sollten separat berücksichtigt werden. Spannungsabfall aufgrund von momentanem Funkstrom oder Meldelast wird ebenfalls überprüft. Bei unterschiedlicher Nutzungshäufigkeit können anstelle eines Einzelergebnisses Basis- und Intensivnutzungsprofile erstellt werden. Diese Profile sind kein Versprechen für die Akkulaufzeit; Dabei handelt es sich um Designeingaben, die erklären, welchen Bedingungen die Messungen entsprechen.

  • Strom und Dauer sämtlicher Phasen einschließlich Schlafzustand
  • Nutzbare Kapazität der Batterie und Momentanlasten
  • Normales und intensives Nutzungsprofil
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2. Wählen Sie den Schlafmodus je nach Verbindungsbedarf

Die Energiesparmodi eines Prozessors halten unterschiedliche Funktionen aktiv. Zu prüfen ist, welche Speicherinhalte erhalten bleiben, welche Peripherie läuft und welches Ereignis das Gerät weckt. Aufwecken durch ein Bewegungsereignis des Sensors und regelmäßiges timerbasiertes Aufwecken sind unterschiedliche Architekturen. Dauerhaft aktive Regler, Anzeigen oder Sensorversorgungen bestimmen ebenfalls den gesamten Ruhestrom.

Für ein Gerät mit unterbrechungsfreier Verbindung ist der tiefste Schlafmodus möglicherweise ungeeignet. Die ESP32-Dokumentation von Espressif erläutert beispielsweise, dass explizit aufgerufene Light-sleep- und Deep-sleep-Modi Funkverbindungen nicht aufrechterhalten; für Verbindungserhalt sind die entsprechenden Modem-Schlafmodi und die automatische Energieverwaltung zu prüfen. Das Verhalten muss für die jeweilige Prozessorfamilie verifiziert werden. Einschließlich Aufwach-, Sensorvorbereitungs- und Verbindungsenergie bedeutet der niedrigste Momentanstrom nicht automatisch den geringsten Zyklusverbrauch.

  • Aufweckquelle und zu erhaltende Speicherinhalte
  • Ruheverbrauch von Sensoren und Hilfsstromkreisen
  • Entscheidung, die Verbindung aufrechtzuerhalten oder wiederherzustellen
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3. Stimmen Sie BLE-Parameter auf Datenbedarf und Reaktionszeit ab

BLE-Advertising kann das Auffinden des Geräts oder die verbindungslose Übertragung von Informationen ermöglichen. Für wechselseitigen Datenaustausch und Konfiguration kann eine Verbindung aufgebaut werden. Bluetooth SIG erläutert diese unterschiedlichen Nutzungsarten. Schnelles Auffinden bei der Erstinstallation und geringer Verbrauch im Alltag stellen unterschiedliche Anforderungen; das Sendeverhalten kann deshalb je nach Gerätezustand angepasst werden.

Im verbundenen Betrieb werden Datenmenge, Paketfrequenz, Verbindungsparameter und das Verhalten des Zieltelefons gemeinsam geprüft. Sind keine häufigen Übertragungen erforderlich, können Messwerte zunächst lokal gesammelt werden; dies kann allerdings Latenz und Speicherbedarf erhöhen. Definieren Sie Sensorabtastrate und Funkübertragungsrate getrennt. Wiederverbindung, das Entfernen des Telefons und Updates gehören ebenfalls zum Nutzungsprofil. Kopplung und Zugriffsberechtigungen werden zusammen mit den Energieentscheidungen betrachtet.

  • Auffindbarkeit, Advertising und verbundener Betrieb
  • Abstimmung von Datenhäufigkeit, Latenz und lokaler Aufzeichnung
  • Kopplungs-, Zugriffs- und Wiederverbindungsablauf
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4. Bewerten Sie Batterie und Antenne im tatsächlichen Gehäuse

Bei kompakten Geräten teilen sich Akku, Platine, Antenne, Bildschirm und Anschlussteile das gleiche Volumen. Metallteile, Gehäusematerial und die Nähe zum Körper können das Funkverhalten beeinflussen. Die Anordnung rund um die Antenne richtet sich nach den Designregeln der gewählten Antenne und Funkkomponente. Der Verbindungsversuch auf der offenen Platine alleine stellt noch nicht den Einsatz im fertigen Körper dar.

Auch die mechanische Lage des Akkus, Kabel- bzw. Kontaktaufbau und Ladezugang müssen gemeinsam gelöst werden. Das Einsetzen, Herausnehmen und Laden des Geräts durch den Benutzer wird anhand einer physischen Probe untersucht. Eine Bewegung des Riemens oder Clips kann die Platzierung des Sensors beeinträchtigen. 3D-Prototyping bietet Maß- und Montagekontrolle; Das ausgewählte Produktionsmaterial und die Endmontage müssen separat bewertet werden. Somit können Ergonomie und elektrische Entscheidungen am selben Produkt getestet werden.

  • Abgestimmte Anordnung von Antenne, Batterie und Gehäuse
  • Verbindungstest in der tatsächlichen Trageposition
  • Ladezugang, Installation und Servicebewertung
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5. Verwandeln Sie die Messung in ein wiederholbares Testprotokoll

In der Stromaufzeichnung müssen sowohl lange Schlafphasen als auch kurze Funkimpulse erkennbar sein. Der Messaufbau darf die Versorgung oder das Verbindungsverhalten des Geräts nicht verändern. Zu den dokumentierten Prüfbedingungen gehören Akkuzustand, Softwareversion, Verbindungseinstellungen, Sensoraktivität und Anzahl der Benachrichtigungen. Nach der ersten Messung an der offenen Platine wird die Prüfung im tatsächlichen Gehäuse mit dem vorgesehenen Nutzungsprofil wiederholt.

VOMRO entwickelt mit diesem gemeinsamen Testplan Elektronik, eingebettete Software, Mechanik und Prototypen in Wearable-Device-Projekten. Der Quellcode, die Designdateien und die technischen Dokumente des Projekts werden am Ende des Projekts geliefert. Im Liefergegenstand werden zunächst Energiemanagemententscheidungen, Datenmodell, Kompilierungsinformationen und relevante Testbedingungen geklärt; Lizenzen Dritter werden offengelegt. Die Grundfunktion des Geräts, der Datenbedarf, der Befestigungsstil und die Ladeerwartung bilden einen ausreichenden Rahmen für das erste Treffen.

  • Stromaufzeichnung einschließlich Schlafzustand und Lastspitzen
  • Aufzeichnung von Version, Verbindungseinstellungen und Nutzungsprofil
  • Quelldateien, Entwurf und technische Prüfunterlagen
Passen Sie die Energieentscheidung an den Nutzungsbedarf des tragbaren Geräts an
NutzungsanforderungZu bewertender AnsatzAngestrebter VorteilThema zur gemeinsamen Prüfung
Berichte über seltene EreignisseEreignisgesteuertes Aufwecken mit kurzer AktivphaseReduzieren Sie die aktive ZeitAufweckquelle und zuverlässige Ereigniserfassung
Regelmäßige SensoraufzeichnungAbtastung und Übertragung getrennt planenFunkaktivitäten bündelnSpeicher, Datenverlust und zulässige Latenz
Schnelle Reaktion am TelefonVerbindungs- und Broadcast-Parameter ausprobierenVerbrauch und Reaktionszeit in Einklang bringenEchtes Verhalten auf Zieltelefonen

Wie es funktioniert

Verwandeln Sie Entscheidungen in einen Projektplan.

Nicht jedes Projekt sieht gleich aus; Die messbaren Anforderungen, die kontrollierte Überarbeitung und die Schritte zur Feldverifizierung bleiben jedoch unverändert.

  1. 01

    Erstellen Sie das Nutzungsprofil

    Beschreiben Sie Messung, Datenübertragung, Benachrichtigungen und Ladeverhalten.

  2. 02

    Erstellen Sie ein Energiebudget

    Bewerten Sie alle Betriebsphasen mit ihrem Strom und ihrer Dauer.

  3. 03

    Erproben Sie die Verbindung

    Testen Sie das Verhalten von BLE mit dem Zieltelefon, Daten und Latenzanforderungen.

  4. 04

    Am tatsächlichen Produkt messen

    Dokumentieren Sie die Ergebnisse am integrierten Gerät mit Gehäuse, Batterie und Software.

häufig gestellte Fragen

Vor Beginn des Projekts

Der technische Umfang, die zu liefernden Leistungen und der Testplan werden gemeinsam entsprechend den Anforderungen Ihres Projekts geklärt.

Bietet jedes Gerät, das BLE verwendet, eine lange Akkulaufzeit?

Die Betriebszeit hängt vom Verbrauch und der Nutzung des gesamten Gerätes ab. Strom und Dauer von Sensor, Prozessor, Hilfsstromkreisen, Datenübertragung und Benachrichtigungen müssen gemeinsam berechnet und gemessen werden.

Ist eine größere Batterie immer die richtige Lösung?

Eine größere Kapazität wirkt sich auf Größe, Gewicht und Lademuster aus. Zunächst werden die Verbrauchsquellen im Arbeitskreislauf untersucht; Die Batterieauswahl erfolgt in Verbindung mit dem Energieziel und mechanischen Grenzwerten.

Wann werden Verbindung und Batterie des Prototyps getestet?

Messungen können bereits am ersten Hardware- und Softwaremuster beginnen. Bei Änderungen von Anordnung und Gehäuse werden die Ergebnisse überprüft und anschließend am integrierten Muster mit der tatsächlichen Trageweise und dem definierten Nutzungsprofil erneut verifiziert.

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