电池供电的无线物联网传感器通常大部分时间处于睡眠状态，以最小化电流消耗并最大化电池寿命。为了估算电池寿命，需要确定传感器的电流消耗。Nordic 的 Power Profiler Kit II 是一个出色的工具，可用于测量设备在活动和睡眠模式下的电流。
描述
估算设备电池寿命需要了解设备中使用的电池类型和尺寸及其平均电流消耗。电池供电的传感器通常在睡眠和唤醒模式之间循环，以最小化平均电流消耗。本项目使用 Nordic Semiconductor 的 Power Profiler Kit II 来测量示例无线传感器在唤醒和睡眠期间的平均电流。有关本项目中使用的传感器的详细信息，请访问：Machinechat with Battery Powered Xbee3 Wireless Zigbee MS8607 Environmental Sensor。
硬件
- NRF-PPK2
Nordic Power Profiler Kit II - PPK2 支持从 200nA 到 1 A 的动态电流测量，并可用于为连接的板供电以及测量其电流。对于电流表模式，外部电源必须为被测设备 (DUT) 提供 0.8 到 5V 之间的 VCC 电平。对于电源模式，PPK2 提供 0.8 到 5V 之间的 VCC 电平，板载稳压器为外部应用提供高达 1A 的电流。PPK2 还可以使用数字输入作为低端逻辑分析仪，实现代码同步测量。
软件
- nRF Connect for Deskto
pnRF Connect for Desktop 是一个跨平台的工具框架，用于协助 nRF 设备的开发。它包含许多应用程序，用于测试、监控、测量、优化和编程您的应用程序。
Power Profiler (nRF Connect for Desktop 中的应用程序)
此应用程序与我们的 Power Profiler Kit 配合使用。它允许您读取、分析和导出 Power Profiler Kit 的测量结果。
背景
本项目中使用的无线物联网传感器是 Machinechat with Battery Powered Xbee3 Wireless Zigbee MS8607 Environmental Sensor 中的电路。为了最小化其电流消耗，它被配置为 Zigbee 终端节点，睡眠 60 秒，然后唤醒以进行传感器读数并传输到 Zigbee 协调器节点。
无线传感器由 2 节串联的 AA 碱性电池供电，提供标称 3 伏的电源电压。下图显示了 AA 碱性电池的标称容量。
图 1 。 AA/LR6 碱性电池容量至 0.8 伏（来源： Energizer - 碱性手册）
电池寿命是通过将标称电池容量除以负载从电池中汲取的平均电流来估算的。电池容量通常以安培小时（Ah）或毫安小时（mAh）为单位测量，平均电流通过计算睡眠/唤醒周期内的平均电流来确定。
Digi-Key 提供了一个在线转换计算器，可以轻松估算电池寿命，即电池寿命计算器。
电池组提供3.0伏的标称供电电压。以下是物联网传感器无线电和温湿度传感器的推荐供电电压范围：
| Xbee3 | MS8607 |
|---|---|
| 2.1 - 3.6V | 1.5 - 3.6V |
标称电池容量的值可以从下面的Energizer AA电池容量图中估算出来。
图 2 。 AA/LR6 碱性电池以 100mA 放电至 0.8 伏截止电压（来源： Energizer - 碱性手册）
可用电池容量可以通过将放电速率（mA）乘以达到指定截止电压的小时数来计算。例如，上图中显示的AA/LR6电池在100mA放电至0.8伏截止电压下的容量为（100mA X 25小时）2500 mAh。本项目中使用的物联网传感器的最低供电电压为2.1伏（2 x 1.05V），因此在相同100mA放电下，AA/LR6电池在1.05伏截止电压下的容量约为（100mA X 21小时）2100 mAh。
测试设置、测量和结果
在本项目中，PPK2配置为电流表模式，并与电池组和物联网传感器的VCC串联连接。有关设置PPK2硬件和使用Power Profiler GUI的说明，请参阅Nordic的Power Profiler Kit II用户指南。下面的示意图展示了PPK2和物联网传感器的测试连接方式。
PPK2和物联网传感器测试设置Scheme-it示意图和BOM链接
下面的PPK2截图显示了物联网传感器的电流消耗。
图 3 。物联网传感器电流测量
图 4 。物联网传感器唤醒平均电流测量
图 5 。物联网传感器睡眠平均电流测量
基于上述测量，唤醒期间的平均电流为1.77mA，持续时间为5.135秒，睡眠期间的平均电流为4.21uA，持续时间为60秒，总唤醒/睡眠周期约为65秒。这计算出近似平均电流为0.142mA。基于2100mAh的电池容量（截止电压为2.1V），物联网传感器的电池寿命估计约为1年8个月。
结论
Nordic的Power Profiler Kit (PPK2)使得测量设备在睡眠和活动模式下的平均电流变得容易。一旦确定了设备的平均电流消耗，计算设备电池寿命的估计就变得简单。PPK2的低成本、宽电流和电压范围、易于使用的GUI以及详尽的文档使其成为任何想要更好地了解设备功耗的人不可或缺的工具。
参考文献
Nordic - Power Profiler Kit II 信息链接
Energizer 碱性电池手册
Energizer EN91 AA 数据表