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用水果供电的AVR单片机——挑战MSP430的低功耗

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(401961079)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 01:31:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
我本来觉得水果电池驱动LCD只是展示会上的噱头,三片柠檬的电力,应该足够带动LCD的。不过最初当我用Mega8L做了一个电路却不能用水果电池驱动时,我下决心亲自实践一番,看看水果供电的AVR单片机能否成功。这样我可以验证对低功耗单片机设计的一些认识;而我手头上一个用MSP430的项目,样机已经做好多时了,觉得MSP430不爽(不只是贵,我们还要维护两套平台),有心想要改成AVR。那个MSP430功耗真是低,3节五号镍镉电池供电的样机,停停走走用了一年多。

喜欢MSP430做低功耗设计的朋友,欢迎来砸砖。

这是水果电池的电极,阳极是做PCB的覆铜板,阴极是镀锌螺丝。将上述电极浸入滴过醋的三个水杯里,我测到水果电池的容量能达到:空载电压3V,短路电流400uA。这使我有信心演示出水果供电的AVR单片机。

水果电池的电极 (原文件名:IMG_1383b.jpg)

我用Mega8L做了一个电路,驱动静态的笔端式LCD,能够在2~3节电池下工作,却不能用水果电池驱动。原来Mega8L标称的最低工作电压是

2.7V,实际可以工作到2.5V。水果电池电压被拉到1.9V,电流60uA,可见水果电池的容量很小。我没有花时间去改进水果电池,倒是想进一步

改进AVR。

于是我先用Tiny13做了一个闪烁LED的实验,成功的验证了水果对AVR单片机供电的可能。Tiny13是可以工作到1.8V的。LED是Fairchild的

HLMP-D150,小电流时的亮度要比普通LED好。实际上当LED点亮时,绝大部分功耗在LED上。


Tiny13驱动LED闪烁(亮) (原文件名:IMG_1378b.JPG)


Tiny13驱动LED闪烁(灭) (原文件名:IMG_1379b.JPG)


一周以后的水果电池 (原文件名:DSCF0073b.JPG)

我想用Mega88P之类的PicoPower技术的AVR芯片代替Mega8,工作电流比前一代产品小,工作电压可以低到1.8V。终于收到了从Armok那里买的

Mega88。虽然Mega88和Mega8 Pin-pin 兼容,但和Mega8的寄存器略有不同,还得重新为Mega88编译代码。3V下LCD亮了,但是2.3V下LCD已经

完全黯淡无光。原来LCD是设计在5V工作的,于是又装了一个2倍负压电路,用对称的PWM波驱动倍压电路。


Mega88驱动LCD显示数字0~9 (原文件名:DSCF0086b.JPG)


最终能工作的水果供电的AVR单片机的配置如下:
硬件:Mega88,32KHz外部晶振,2倍负压电路由AVR的PWM驱动,LCD是静态的笔端式LCD,用Mega88的IO口直接驱动,没有分时扫描。
软件:在Timer0中断服务程序中每2秒钟刷新LCD显示,平时AVR工作在空闲模式。Timer1提供PWM波形驱动2倍负压电路。

测量数据:
电路工作时水果电池电压2.5V,整机电流30uA,2倍负电压提供电压大约-3V。

参考我们的论坛中的帖子“用水果供电的单片机最小系统[MSP430]”。
(401960320)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-17 01:44:34 | 显示全部楼层
Mega88 低功耗的设置和循环显示数字0~9的代码。

Mega88驱动静态LCDourdev_349896.txt(文件大小:4K) (原文件名:m88fruit_1.txt)
(401958355)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 02:17:19 | 显示全部楼层
强啊
(401957691)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 02:28:23 | 显示全部楼层
牛X......
(401943560)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 06:23:54 | 显示全部楼层
整机电流30uA?  idle状态还是active状态?
估计active状态应该高于30uA...
(401941050)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 07:05:44 | 显示全部楼层
我用m48时直接驱动动态lcd电流最小时小余20uA,每秒还要进行200Hz的显示扫描,其他什么都不做,测温时30uA(Pt100电阻);
降低功耗的方法:
关闭电压检测,关闭比用的模块,WDT电流几个uA,管不管随意,使用t2的异步时钟定时唤醒,平常用掉电模式,还有都忘记了自己找吧
(401940840)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-17 07:09:14 | 显示全部楼层
我用的是32KHz的晶体,全速工作的时候也只有大约30uA。你可看M88手册,是一致的。
我还有一些地方没处理好,所以active+idle的电流不应该这么大。做了一些改进和尝试。
1)昨天的测试使用的电表不够准,今天用Fluke 15B电表和2.5V稳压电源测的,电流21uA。绝对的电流值仅供参考。
2)禁止CKOUT熔丝,节约2uA
3)PRR= 0xC7,关掉一些模块,节约2uA
4)试着将不用的引脚改为输入和内部上拉,没有电流减少(高电压时有明显的帮助)
5)PWM比较耗电,但是静态显示不能关PWM,可能改成动态刷新会进一步省电。

不管怎样,32KHz全速运行的M88,用水果电池驱动都没有问题。
(401937331)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 08:07:43 | 显示全部楼层
从手册上看:

(原文件名:CAP12.jpg)


(原文件名:CAP11.jpg)
全速工作估计也有50uA,再加上LCD~~~
(401937164)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 08:10:30 | 显示全部楼层
mark ,  楼主厉害~!
(401936872)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-17 08:15:22 | 显示全部楼层
testcode请看下图。

(原文件名:active_32KHz.JPG)
(401936172)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 08:27:02 | 显示全部楼层
(401936144)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 08:27:30 | 显示全部楼层
关注。

也想用AVR替代430。
阿莫置酷吧。
(401935555)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 08:37:19 | 显示全部楼层
LZ强悍
(401935231)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 08:42:43 | 显示全部楼层
牛得很啊,有空看看用几瓶不干净的水也试试看能否产生足够的电能点这LED,如果行,比水果要好,至少不像水果那样放一两天都坏了……
(401932963)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 09:20:31 | 显示全部楼层
有创意!!!
(401932705)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 09:24:49 | 显示全部楼层
430出来快10年了吧?
(401926400)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 11:09:54 | 显示全部楼层
最终能工作的水果供电的AVR单片机的配置如下:
硬件:Mega88,32KHz外部晶振,2倍负压电路由AVR的PWM驱动,LCD是静态的笔端式LCD,用Mega88的IO口直接驱动,没有分时扫描。
软件:在Timer0中断服务程序中每2秒钟刷新LCD显示,平时AVR工作在空闲模式。Timer1提供PWM波形驱动2倍负压电路。
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
能不能把那个负压电路贴出来啊,谢谢
(401919462)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 13:05:32 | 显示全部楼层
mark
(401915073)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 14:18:41 | 显示全部楼层
发现我下载的DataSheet还是旧的版本,新的手册,Atmega88能耗确实改进不少。
谢谢xiaoxu191提示!
(401912455)

出0入8汤圆

发表于 2008-7-17 15:02:19 | 显示全部楼层
佩服。
(401880821)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-17 23:49:33 | 显示全部楼层
【18楼】 testcode
我手上的M48P/88P/168P的手册,也没有32KHz的图。

关于M48P/88P/168P,我对PicoPower又有新的理解。
从手册上看不出active mode下整体功耗的改进,这可以比较电气指标的各个图得知,也许只是文档本身的修订,指标定得宽松一点,我没有M88P的芯片,无从比较。
但是在power-down mode下,所谓PicoPower技术还是有明显改进的,感觉是冲着MSP430来的。体现在M48P/88P/168P的上,主要有两点:
1)MSP430有零功耗BOD,Atmel说我的BOD虽然有20uA的巨大耗电,但是我反应快,说我电流大,我就允许在掉电模式下彻底关掉BOD来降低功耗,RAM低至VCC=0.3V还能保持,VCC=1V左右产生POR退出掉电模式,自动打开BOD。感觉是个补丁,但比20uA的BOD功耗强呀。
2)Power-save mode下维持32KHz晶振运行的电流降低不少,够小的,只有1uA。这样有助于应用省电模式的低功耗,用Timer2唤醒,像【5楼】那样;做个实时时钟也很好了。
(401880297)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-17 23:58:17 | 显示全部楼层
用M48做微功耗设备很久了,用T24/T25也做过几个了

MSP430相比Mx8/Tx4/Tx5的优势已经很不明显了,而缺点却相当明确:同样速度几乎同样功能,两三倍的差价,用哪个?

另外,我个人认为,目前AVR系列最有竞争力的型号就是Mx8/Tx4/Tx5/PWM3这四个子系列了,其它什么M128、xmega之类的,至少在中国,都纯属扯淡……
(401879254)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 00:15:40 | 显示全部楼层
【21楼】 watercat
呵呵,是的M128现在的确竞争力在下降,就按Xmega那价格,几乎可以把m128 m64之类的芯片一锅端了,现在M3内核的芯片来势很凶,AVR不升级的确是不行啊,AVR32和Xmega~
(401878636)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-18 00:25:58 | 显示全部楼层
【16楼】 avrkiller

供LCD的负电压电路 (原文件名:_2VCC_boost.JPG)

【13楼】 maskiss 火线
不干净的水也能做电解液,我最初是在饮用水里滴了几滴醋。消耗得快的是负极的锌,你看几个小时以后镀锌螺丝就腐蚀成这个样子了。

腐蚀的负极 (原文件名:DSCF0092.JPG)
(401846557)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 09:20:37 | 显示全部楼层
绝对酷   莫老大抓紧置酷啊
头像被屏蔽
(401845481)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 09:38:33 | 显示全部楼层
Cool !
(401845270)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 09:42:04 | 显示全部楼层
果然是暴强!
(401838318)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 11:37:56 | 显示全部楼层
这个好不好还需要市场来说吧。MSP430是16位,Xmega是8位的吧,两者没有直接可比行吧?就像51和ARM一样啦
(401834102)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 12:48:12 | 显示全部楼层
COOL
(401833803)

出0入4汤圆

发表于 2008-7-18 12:53:11 | 显示全部楼层
太好玩啦! cool!
(401821275)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 16:21:59 | 显示全部楼层
水果电池,那个番茄做的,怎么知道哪个是正极,拿个负极啊,看着那个盘子里的番茄觉得太深奥了!
强!
(401797931)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 22:51:03 | 显示全部楼层
可否提供下整个原理图?!我对AVR低功耗很有兴趣想了解得更深一点,还有LCD驱动电路!
(401796158)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-18 23:20:36 | 显示全部楼层
不是AVR猛,是水果电池猛

用430做这个,电流估计也就3 - 5uA左右, 用这个电池可以挂一排单片机
(401791272)

出100入0汤圆

发表于 2008-7-19 00:42:02 | 显示全部楼层
技术就是辩论,就是严肃的探讨
佩服lz的较真精神!太cool!
(401788349)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-19 01:30:45 | 显示全部楼层
30楼想想化学。两种金属比较活泼的是负极,Zn_Cu电池的电动势在0.6V
(401786930)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-19 01:54:24 | 显示全部楼层
cool
(401784597)

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2008-7-19 02:33:17 | 显示全部楼层
【31楼】 mikezfq
我还真没有原理图,因为AVR的最小系统,除了MCU和可选的晶振,其它什么都没有了。我手上就有很多自制的AVR的最小系统板,引出一个ISP接口,并将MCU所有的引脚都连到排针上,就可以开发AVR了。至于液晶,我手上正好有两个8字的静态笔段液晶,就是只有一个公共端的引脚,其它各段分别连到各自的引脚的那种,这样的液晶不就和LED数码管一样吗?我都是直接飞线的。如果用到多个公共端的液晶,可以显示更多笔段,需要动态驱动,但是功耗也不会大多少。

【32楼】 laoma
水果电池的负载能力很有限。在动态唤醒MCU的过程中,电池电压会随之波动,还是留点裕量的好。这对受测的MCU的要求是:尽量小的平均工作电流,较低电压下还能工作。
我正想知道MSP430的实际结果。
(401766493)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-19 07:35:01 | 显示全部楼层
厉害!
图文并茂。
(401763538)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-19 08:24:16 | 显示全部楼层
有前途!
(401717649)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-19 21:09:05 | 显示全部楼层
果然牛!!!
佩服!!!!
学习了!!
(401633677)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-20 20:28:37 | 显示全部楼层
LZ,关键是LCD的驱动是类似交流驱动,和LED很大不同,请问你是如何做的?!
(401476136)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-22 16:14:18 | 显示全部楼层
(401465815)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-22 19:06:19 | 显示全部楼层
牛X...
(401371381)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-23 21:20:13 | 显示全部楼层
强!!!
(401331074)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-24 08:32:00 | 显示全部楼层
cool!
(401324545)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-24 10:20:49 | 显示全部楼层
niu
(401306835)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-24 15:15:59 | 显示全部楼层
想吃
(401302754)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-24 16:24:00 | 显示全部楼层
水果电池????!!!!!
(401101683)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-27 00:15:11 | 显示全部楼层
强人啦!
(401046392)

出0入0汤圆

发表于 2008-7-27 15:36:42 | 显示全部楼层
强人.
(376699681)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-5 10:35:13 | 显示全部楼层
牛人;太酷了!
(376392674)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-8 23:52:00 | 显示全部楼层
路过,支持
(376307958)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-9 23:23:56 | 显示全部楼层
强悍  我的 MEGA都是跑在5V的 哟 惭愧
(375112333)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-23 19:31:01 | 显示全部楼层
顶啊,强
(375108725)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-23 20:31:09 | 显示全部楼层
有创意!
(375100220)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-23 22:52:54 | 显示全部楼层
不知道在海水里面,可否用这种铜-锌电池。如果能用的话,我的水下设备就有无穷的电力了,呵呵呵。
(375097476)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-23 23:38:38 | 显示全部楼层
LS的潜水艇的干活?
(375092298)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-24 01:04:56 | 显示全部楼层
新能源。居然用水果。不比太阳能差了。
(375049987)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-24 12:50:07 | 显示全部楼层
要是用250Hz晶振的话..功耗更低了吧?

【57楼】 Friendz
这会不断消耗铜和锌,并且会有铜离子出现....
(375049501)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-24 12:58:13 | 显示全部楼层
好玩  对孩子 最有用了  让他们好奇呀
(375048519)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-24 13:14:35 | 显示全部楼层
厉害厉害
(375048159)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-24 13:20:35 | 显示全部楼层
很有参考价值,但是430迄今为止还不能被解密,只是AVR不能比拟的。
(374932946)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-25 21:20:48 | 显示全部楼层
赞一个!!!
(374604561)

出0入0汤圆

发表于 2009-5-29 16:33:53 | 显示全部楼层
牛!学习了!
(374001005)

出0入0汤圆

发表于 2009-6-5 16:13:09 | 显示全部楼层
强悍
(373969604)

出0入0汤圆

发表于 2009-6-6 00:56:30 | 显示全部楼层
厉害啊,楼主化学不错啊...
(370438217)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-16 21:52:57 | 显示全部楼层
楼主西红柿那里买的啊,好象买几个回来吃哈.......下次做水果电池别用这么好的西红柿啊,真的觉得有点浪费了哈哈......顶一个...
(370437372)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-16 22:07:02 | 显示全部楼层
哈哈,现在西红柿不比普通电池便宜
(368210730)

出0入0汤圆

发表于 2009-8-11 16:37:44 | 显示全部楼层
mark
(366661901)

出0入0汤圆

发表于 2009-8-29 14:51:33 | 显示全部楼层
cool
(364507936)

出0入0汤圆

发表于 2009-9-23 13:10:58 | 显示全部楼层
来顶一下
(363018337)

出0入0汤圆

发表于 2009-10-10 18:57:37 | 显示全部楼层
牛!
(362779767)

出0入0汤圆

发表于 2009-10-13 13:13:47 | 显示全部楼层
记号一下,努力学习
(362777130)

出0入0汤圆

发表于 2009-10-13 13:57:44 | 显示全部楼层
很希望别的IC厂家也赶紧搞出像430这种低功耗的片子来,那就太爽啦,哈哈哈哈……
(362642719)

出0入0汤圆

发表于 2009-10-15 03:17:55 | 显示全部楼层
真是开眼见了啊~
(362624278)

出0入0汤圆

发表于 2009-10-15 08:25:16 | 显示全部楼层
想知道  楼主 装置  坚持显示了多少时间???   

换成苹果可能会更好些吧
(361432351)

出0入0汤圆

发表于 2009-10-29 03:30:43 | 显示全部楼层
原电池啊。。。苹果不行吧,糖分要水解的。。。变成酒精就只能烧了。。。哈
(358535198)

出0入0汤圆

发表于 2009-12-1 16:16:36 | 显示全部楼层
水果还能回收利用少个汤吗???哈哈
(358534433)

出0入0汤圆

发表于 2009-12-1 16:29:21 | 显示全部楼层
开眼界了!
(358406513)

出0入0汤圆

发表于 2009-12-3 04:01:21 | 显示全部楼层
可以尝试换不同的水果,看看哪种水果发电量比较大
(357953211)

出0入0汤圆

发表于 2009-12-8 09:56:23 | 显示全部楼层
膜拜啊!!!
(357949234)

出0入0汤圆

发表于 2009-12-8 11:02:40 | 显示全部楼层
微小之中见强大!
牛!!!
(357068982)

出0入0汤圆

发表于 2009-12-18 15:33:32 | 显示全部楼层
呵呵做个时钟放到水果摊上,烂掉的水果就当电池用吧呵呵
(355689263)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-3 14:48:51 | 显示全部楼层
这个好!
(355669345)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-3 20:20:49 | 显示全部楼层
不错,标记下
(355666784)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-3 21:03:30 | 显示全部楼层
这儿牛人就像牛身上的毛一样——————多!
(355662176)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-3 22:20:18 | 显示全部楼层
见到过用一节CR2032就能工作2年的东西,MSP430的,
每隔10秒,居然还有LED闪一下!
(353790986)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-25 14:06:48 | 显示全部楼层
没有做不到只有想不到哇!!
(353628538)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-27 11:14:16 | 显示全部楼层
我用盐水,碳棒做正极,铁棒做负极,点亮一个LED没问题,亮度还挺高的……哈哈!

只要能在水中被腐蚀的金属都能做负极,正极用碳棒即可。
(353628486)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-27 11:15:08 | 显示全部楼层
另外,水果的内阻很大,相当一部分电力消耗在水果上了。
(353541640)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-28 11:22:34 | 显示全部楼层
小时候经常用一个铁片加一铜片放在盐水里试,电流很大的,
(353462819)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-29 09:16:15 | 显示全部楼层
不错。又懂了很多。
(353269621)

出0入0汤圆

发表于 2010-1-31 14:56:13 | 显示全部楼层
MARK
(351470184)

出0入0汤圆

发表于 2010-2-21 10:46:50 | 显示全部楼层
有味道!
(350994857)

出0入0汤圆

发表于 2010-2-26 22:48:57 | 显示全部楼层
我对楼主的敬佩有如滔滔江水连绵不绝。。。
(350342252)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-6 12:05:42 | 显示全部楼层
太投入了,厉害!我很想知道哪种水果的“电量”更高,呵呵。苹果、柠檬?
(349991612)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-10 13:29:42 | 显示全部楼层
要无机酸的效果才好,应为酸的电离程度高,有机酸的效果不明显。

或许加点盐可能好一些。
(349891069)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-11 17:25:25 | 显示全部楼层
mark
(349138828)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-20 10:22:46 | 显示全部楼层
强!顶你!
(348515108)

出0入0汤圆

发表于 2010-3-27 15:38:06 | 显示全部楼层
大开眼界
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