Μελέτη τεχνικών μέτρησης κατανάλωσης ενέργειας και ανάλυσης καλής λειτουργίας ηλεκτρονικών συστημάτων

Abstract

This dissertation presents the design of an electronic circuit that implements a new technique for measuring the supply current of electronic systems. The possibilities of this technique are presented, and then a method that uses the repeating charging-discharging of capacitors is implemented, that includes the use of a current mirror and a microcontroller as a control unit. The measurements are then transferred to a personal computer for further analysis. Basic advantages are the ability to measure the supply current for specific time windows that are related to routines and operations of the device under test, without interfering with the stability of the operating voltage. The system is initially evaluated in the laboratory. After that, it is being used for measuring a series of electronic circuits, like a digital counter and a data logging system that uses a microcontroller, a memory module, an A/D converter etc. Also, more successful measurements are held on an analog sensor (for testing its good operating condition), and on a sensor network that utilizes ZigBee communication, where the ability to detect the operating status is presented with the help of power measurements created with the proposed system.

Η διατριβή περιλαμβάνει τη σχεδίαση ενός πρωτότυπου ηλεκτρονικού κυκλώματος που υλοποιεί μια νέα τεχνική μέτρησης του ρεύματος τροφοδοσίας ηλεκτρονικών συστημάτων. Οι δυνατότητες της τεχνικής αναλύονται διεξοδικά και υλοποιείται η μέθοδος με κύκλωμα διαδοχικής φόρτισης-εκφόρτισης πυκνωτών που περιλαμβάνει καθρέφτη ρεύματος και μονάδα ελέγχου με μικροελεγκτή. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων μεταφέρονται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή για ανάλυση. Βασικά θετικά σημεία της τεχνικής είναι η δυνατότητα μέτρησης του ρεύματος τροφοδοσίας σε συγκεκριμένο χρονικό παράθυρο συνδεδεμένο με λειτουργίες του υπό μέτρηση συστήματος, σε συνδυασμό με τη διατήρηση της σταθερότητας της τάσης τροφοδοσίας. Οι επιδόσεις του συστήματος μετριούνται σε πειραματικό κύκλωμα που κατασκευάζεται και δοκιμάζεται στο εργαστήριο. Στη συνέχεια το κύκλωμα αυτό δοκιμάζεται σε μια σειρά περιπτώσεων ηλεκτρονικών συστημάτων όπως ένας ψηφιακός μετρητής και ένα πλήρες σύστημα καταγραφής δεδομένων (data logger) με μικροελεγκτή, μνήμη κ.α. Επίσης, δοκιμάζεται με επιτυχία σε αναλογικό σύστημα αισθητήρα (για τον έλεγχο της καλής κατάστασης λειτουργίας του), αλλά και σε δίκτυο ασύρματων αισθητήρων τύπου ZigBee, όπου διαπιστώνεται η δυνατότητα ανίχνευσης της κατάστασης λειτουργίας των κόμβων του δικτύου μέσω μετρήσεων κατανάλωσης ενέργειας που πραγματοποιούνται με το κύκλωμα της διατριβής.