在智能水表、燃?xì)獗砗碗姳淼乳L(zhǎng)期部署型計(jì)量設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池壽命與系統(tǒng)功耗優(yōu)化是核心工程挑戰(zhàn)之一。這類產(chǎn)品通常部署周期在10–20年，且安裝位置分散、人工維護(hù)成本極-高，因此要求設(shè)備具備極低功耗、長(zhǎng)壽命供電能力以及高可靠性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法。

電池供電型智能表計(jì)行業(yè)普遍采用鋰亞硫酰氯電池（Li-SOCl?）作為主電源。包括 SAFT、Tadiran、EVE、Xeno 等電池制造商在其技術(shù)資料中明確指出，Li-SOCl? 電池是遠(yuǎn)程抄表應(yīng)用的主流選擇，適用于10年以上、甚至設(shè)計(jì)目標(biāo)達(dá)20年的電池壽命應(yīng)用場(chǎng)景。

但如果由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)（如固件喚醒頻率過(guò)高、通信重傳導(dǎo)致能耗失控、功耗預(yù)算不足等）導(dǎo)致電池壽命提前耗盡，將可能引發(fā)大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)故障和高昂維護(hù)與換表成本。

Otii 作為低功耗測(cè)量與能耗分析領(lǐng)域的專業(yè)工具，被廣泛應(yīng)用于智能計(jì)量、LPWAN終端、工業(yè)傳感器等超低功耗系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中。

本文將結(jié)合智能表計(jì)行業(yè)的典型應(yīng)用案例，系統(tǒng)分析低功耗設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)的4大工程挑戰(zhàn)，并展示如何利用 Otii 產(chǎn)品套件實(shí)現(xiàn)功耗可視化、系統(tǒng)優(yōu)化與可靠性驗(yàn)證。

痛點(diǎn)：

一次性鋰電池長(zhǎng)期存放或長(zhǎng)期處于微安級(jí)負(fù)載條件下使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電池鈍化現(xiàn)象，從而顯著增加電池內(nèi)阻，使其在設(shè)備上電瞬間出現(xiàn)電壓塌陷，導(dǎo)致設(shè)備啟動(dòng)異常、無(wú)線模塊發(fā)射失敗，甚至觸發(fā)復(fù)位。對(duì)于 NB-IoT 或 LoRa 表計(jì)來(lái)說(shuō)，這種鈍化可能讓電池?zé)o法提供足夠的瞬時(shí)電流而無(wú)法完成通信。

Otii功能：

1）借助高采樣率電流捕獲能力，Otii 可精確記錄冷啟動(dòng)過(guò)程中的瞬態(tài)電流波形與對(duì)應(yīng)電壓跌落行為，幫助定位鈍化導(dǎo)致的啟動(dòng)不穩(wěn)定問(wèn)題。

2）通過(guò)電池驗(yàn)證（Battery Validation）功能，Otii 能在真實(shí)功耗循環(huán)（休眠–喚醒–通信）下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間放電測(cè)試，并記錄電壓恢復(fù)、內(nèi)阻變化以及策略性負(fù)載脈沖響應(yīng)，從而評(píng)估鈍化程度及其對(duì)通信可靠性的影響。

舉例：

具體的案例研究歡迎查看Qoitech公眾號(hào)最-新發(fā)布的文章《鋰亞硫酰氯（Li/SOCl2）電池儲(chǔ)存4.5年后的鈍化效應(yīng)》。該研究中對(duì)比SAFT品牌的兩塊久未使用的Li/SOCl2電池，通過(guò)電池驗(yàn)證功能發(fā)現(xiàn):

• 電池LS14500在首-次脈沖受到了較高內(nèi)阻的影響和較大電壓降，極易引發(fā)設(shè)備重置；

• 電池LSP14500未受較大影響。原因是并聯(lián)的超級(jí)電容器對(duì)于鈍化效應(yīng)的緩和作用較為顯著。如下圖所示，開(kāi)發(fā)人員通過(guò)具體的電池測(cè)量和數(shù)據(jù)，才能真正安心。

Saft LS14500與LSP14500電池在長(zhǎng)期儲(chǔ)存后首-次脈沖放電過(guò)程中的鈍化效應(yīng)比較

痛點(diǎn)：

在某些無(wú)需連接市電、但具備局部能量來(lái)源的智能表計(jì)應(yīng)用（例如燃?xì)獗?、水表或管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)）中，越來(lái)越多的制造商采用”能量采集 + 可充電電池（或超級(jí)電容）”的混合供電架構(gòu)。

Otii功能：

• 電源瞬態(tài)捕捉：通過(guò)高采樣率（Ace Pro 最-高50 ksps），可捕捉主通道和擴(kuò)展接口（如 ADC、SENSE+, SENSE- 等）在µs–ms 切換瞬間時(shí)的電流/電壓波動(dòng)。

  
  

• 若涉及到太陽(yáng)能場(chǎng)景，開(kāi)發(fā)人員需評(píng)估光伏在不同照度下的實(shí)際充電能力與控制器效率。Otii可充分評(píng)估光伏電池的性能表現(xiàn)，更能揭示能量采集PMIC的運(yùn)行特性。實(shí)際案例請(qǐng)參照之前發(fā)表的《Otii案例研究：精準(zhǔn)評(píng)估太陽(yáng)能 IoT 系統(tǒng)光伏性能與能量采集效率》一文。

痛點(diǎn)：

NB-IoT和 LTE-M 模塊在不同網(wǎng)絡(luò)和配置條件下功耗差異較大，傳統(tǒng)工具難以完整捕捉注冊(cè)、重傳等動(dòng)作的短時(shí)高帶寬瞬態(tài)電流。部分場(chǎng)景下也可能會(huì)出現(xiàn)通信重傳與差錯(cuò)場(chǎng)景。

Otii功能：

• Otii Ace Pro具備50 ksps 高速采樣率，同時(shí)UART 日志與電流曲線同步。通過(guò)UART日志調(diào)試物聯(lián)網(wǎng)蜂窩模塊的不同工作狀態(tài)和配置，識(shí)別其功耗表現(xiàn)，驗(yàn)證固件對(duì)功耗的影響以優(yōu)化系統(tǒng)性能，最終延長(zhǎng)電池使用壽命。

  
  

案例：

阿姆斯特丹某共享單車產(chǎn)品公司，使用Otii在不同的網(wǎng)絡(luò)條件下測(cè)量完成設(shè)備注冊(cè)和傳輸數(shù)據(jù)的電流和功耗。

Otii的UART功能與電流錄制曲線同步，可精確定位高功耗點(diǎn)

痛點(diǎn)：

智能水表、燃?xì)獗?、電表這些產(chǎn)品典型的部署規(guī)模為數(shù)百萬(wàn)臺(tái)，部署周期10~20年，遠(yuǎn)程分散安裝，后期維護(hù)成本較高。因此上市前必須做系統(tǒng)化的大規(guī)模驗(yàn)證。尤其在NB-IoT、 LoRaWAN通信類表計(jì)中，固件迭代頻繁，人工功耗測(cè)試效率低且易出錯(cuò)。

Otii功能：

• Otii 自動(dòng)化工具箱可訪問(wèn)Otii TCP 服務(wù)器的 API和腳本（Python、Java、C#、Matlab）。使用此 API，用戶可以從任何支持標(biāo)準(zhǔn) TCP 套接字的應(yīng)用程序中控制 Otii 硬件和軟件。

  
  

• 自動(dòng)化測(cè)試設(shè)置還支持定制和擴(kuò)展?；驹O(shè)置包括1臺(tái)Otii儀器以及被測(cè)件（DUT），用于簡(jiǎn)單的低功耗測(cè)量。同時(shí)也可以通過(guò)擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)其他測(cè)量，比如RX和數(shù)字輸入的收集。

• 在被測(cè)設(shè)備（DUT）上進(jìn)行固件和軟件迭代時(shí)，可使用調(diào)試器進(jìn)行閃存和調(diào)試，還可使用一個(gè)額外的切換板，以免在測(cè)量和閃存時(shí)進(jìn)行手動(dòng)切換。

  
  

價(jià)值：

Otii可實(shí)現(xiàn)結(jié)合能耗測(cè)量的持續(xù)集成（CI），這種自動(dòng)化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的驗(yàn)證機(jī)制能在每次代碼變更時(shí)評(píng)估能效表現(xiàn)。從而實(shí)現(xiàn)：

a.及早發(fā)現(xiàn)功耗退化——如固件變更導(dǎo)致電流消耗增加的情況；

b.量化每次提交對(duì)效率的影響，觀察代碼如何影響實(shí)際能耗；

c.追蹤長(zhǎng)期趨勢(shì)變化，建立跨版本的功耗性能歷史數(shù)據(jù)；

d.自動(dòng)化ROI（投資回報(bào)率）分析，用于能耗優(yōu)化或者組件變更評(píng)估。

以下視頻中舉例通過(guò)Python 腳本控制Otii Ace實(shí)現(xiàn)對(duì) Nordic Particle Argon開(kāi)發(fā)板的“電壓降階測(cè)試”。

Otii 自動(dòng)化工具箱實(shí)用案例

智能計(jì)量設(shè)備在設(shè)計(jì)和部署過(guò)程中面臨諸多挑戰(zhàn)，包括電池壽命長(zhǎng)期穩(wěn)定性、低功耗通信優(yōu)化、冷啟動(dòng)及電池鈍化風(fēng)險(xiǎn)等。

而傳統(tǒng)測(cè)試工具往往難以同時(shí)捕捉從 nA 級(jí)休眠電流到通信瞬態(tài)峰值的完整數(shù)據(jù)，也不便于在多電源或自動(dòng)化測(cè)試場(chǎng)景下進(jìn)行評(píng)估。

Otii 提供高精度功耗測(cè)量、可編程電源及自動(dòng)化測(cè)試功能，能夠幫助智能計(jì)量企業(yè)直觀評(píng)估功耗與電池表現(xiàn)，更早發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)計(jì)驗(yàn)證效率。同時(shí)Otii真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，覆蓋不同供電場(chǎng)景，減少實(shí)驗(yàn)室設(shè)備投入。同時(shí)鑒于設(shè)備小巧便于攜帶，更是非常適合智能表計(jì)設(shè)備驗(yàn)證和測(cè)試使用。

“讓功耗風(fēng)險(xiǎn)看得見(jiàn)，讓電池壽命算得準(zhǔn)。

Otii，助力智能計(jì)量設(shè)備實(shí)現(xiàn) 10 年甚至20年以上免維護(hù)運(yùn)行。