{"id":135981,"date":"2017-10-07T13:30:00","date_gmt":"2017-10-07T10:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/ruuvi.com\/power-profiling-deiner-anwendung\/"},"modified":"2026-06-11T09:39:48","modified_gmt":"2026-06-11T06:39:48","slug":"power-profiling-deiner-anwendung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ruuvi.com\/de\/power-profiling-deiner-anwendung\/","title":{"rendered":"Power Profiling deiner Anwendung"},"content":{"rendered":"\n

Einer der kritischsten Aspekte beim Programmieren batteriebetriebener Ger\u00e4te ist die Kontrolle des Stromverbrauchs. Es reicht nicht aus, dass ein Programm gut funktioniert, w\u00e4hrend es mit der Entwicklungsplattform verbunden ist \u2013 die meisten Nutzer erwarten mindestens ein Jahr Batterielebensdauer, und Anfragen f\u00fcr 5\u201310 Jahre sind \u00fcblich. <\/p>\n\n

Bevor wir unsere Anwendung einem breiten Publikum zur Verf\u00fcgung stellen, ist es sehr wichtig zu messen, wie viel Strom die Anwendung verbraucht. Das Worst-Case-Szenario ist, dass das Ger\u00e4t \u00fcberhaupt nicht in den Deep-Sleep-Modus wechselt und die Batterie innerhalb von ein oder zwei Wochen entleert. <\/p>\n\n

Das Messen des Stromverbrauchsprofils und des durchschnittlichen Stromverbrauchs war fr\u00fcher eine relativ aufw\u00e4ndige Aufgabe, die spezielle High-End-Ausr\u00fcstung im Wert von Tausenden von Dollar erforderte. Nordic Semiconductor hat die H\u00fcrde zur \u00dcberpr\u00fcfung des Stromverbrauchs mit ihrem Power Profiler Kit<\/a> gesenkt, das weniger als hundert Dollar kostet und bequem auf einem nRF52-Entwicklungsboard sitzt. <\/p>\n\n

Um mit dem Profiling zu beginnen, modifizieren wir zun\u00e4chst den RuuviTag ein wenig, um ihn mit dem Power Profiler zu verbinden. Dr\u00e4hte werden an die Batterieanschl\u00fcsse gel\u00f6tet, und es werden absolut keine anderen elektrischen Verbindungen zum Device Under Test (DUT) hergestellt. <\/p>\n\n

\"An
An RuuviTag gel\u00f6tete Dr\u00e4hte mit weiblicher Stiftleiste<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Ich lade das zu testende Programm in der Regel \u00fcber den DFU-Bootloader auf das DUT hoch. So muss ich keine Dr\u00e4hte an das DUT anschlie\u00dfen und stelle au\u00dferdem sicher, dass das Programm, das ich teste, die gleichen Bedingungen hat wie Endnutzer, die das Image per DFU aufspielen. Das Programm, das wir hier testen, ist eine Work-in-Progress-Version des GATT-Profils f\u00fcr RuuviTag.<\/strong><\/p>\n\n

Das Power Profiler Kit l\u00e4uft sowohl unter Windows als auch unter Linux, wahrscheinlich auch unter Mac OSX. Du solltest beachten, dass das Update 1.1.0 unter Linux nicht funktioniert \u2013 verwende stattdessen 1.0.0. Schauen wir uns an, wie der Stromverbrauch beim Booten aussieht. <\/p>\n\n

\"Stromprofil
Stromprofil des Tags. Das Trigger-Fenster funktioniert auf meinem Linux nicht <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Wir k\u00f6nnen sehen, dass es ungef\u00e4hr alle 500 ms eine Stromspitze gibt. Das ist unser Beacon, der seinen Namen bewirbt und auf eine Verbindung wartet. Bis hierhin sieht\u2019s gut aus. Zoomen wir auf die Grundebene und pr\u00fcfen, wie effizient unser Sleep-Modus ist.<\/p>\n\n

\"Zoom
Zoom auf den Sleep-Zyklus<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Hier k\u00f6nnen wir sehen, dass etwas nicht zu 100 % optimal ist. Der Sleep-Strom liegt vielleicht bei 10 \u00b5A, was deutlich h\u00f6her ist als erwartet, wenn alles schl\u00e4ft. Der Sleep-Strom kann wahrscheinlich auf unter 3 \u00b5A reduziert werden. Die Optimierung des Stromverbrauchs ist jedoch Thema eines anderen Blogbeitrags. <\/p>\n\n

Als N\u00e4chstes wollen wir pr\u00fcfen, wie der Stromverbrauch durch das Herstellen der BLE-Verbindung beeinflusst wird.<\/p>\n\n

\"Verbindungsereignis\"
Verbindungsereignis<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Wir k\u00f6nnen sehen, dass es eine kurze Phase sehr dichter Stromspitzen gibt, w\u00e4hrend die Verbindung hergestellt und Parameter ausgehandelt werden. Diese Firmware hat sehr kurze Connection-Interval<\/em>-Einstellungen, sodass nach dem Verbindungsaufbau viel Datenverkehr stattfindet. <\/p>\n\n

\"Stromverbrauch
Stromverbrauch nach Verbindungsaufbau<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Sobald die Verbindung hergestellt ist, k\u00f6nnen wir sehen, dass der Stromverbrauch von vorher 39 \u00b5A auf fast 64 \u00b5A gestiegen ist. Die \u00c4nderung betrug etwa 25 \u00b5A. Als N\u00e4chstes schalten wir den Umgebungssensor BME280 ein und lassen ihn im kontinuierlichen Modus mit 1 Sekunde Intervall zwischen den Messungen laufen. <\/p>\n\n

\"BME280-Messungen
BME280-Messungen im 1-Hz-Intervall<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Der Verbrauch ist um weitere 5 \u00b5A auf 69 \u00b5A gestiegen. Schauen wir uns an, wie sich das Einschalten des Beschleunigungssensors LIS2DH12 mit 10 Hz auf den Verbrauch auswirkt. Wir verwenden den internen First-in-First-out-Puffer des Beschleunigungssensors, um die Anzahl der Male zu reduzieren, die die MPU aufwachen muss, um die Daten zu lesen. <\/p>\n\n

\"LIS2DH12-Messung
LIS2DH12-Messung mit 10 Hz. 10 Bit <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Der Stromverbrauch ist um weitere 7 \u00b5A auf 76 \u00b5A gestiegen. Schauen wir uns abschlie\u00dfend an, wie sich MPU-intensive Arbeit auf den Stromverbrauch auswirkt, indem wir eine IOTA-MAM<\/a>-Nachricht erstellen. <\/p>\n\n

\"IOTA-MAM-Nachrichtenerstellung
IOTA-MAM-Nachrichtenerstellung und \u00dcbertragung der Werte \u00fcber BLE<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Die IOTA-MAM-Erstellung ist deutlich als 5-mA-Spitze sichtbar, w\u00e4hrend der die MPU \u00fcberhaupt nicht schl\u00e4ft. Es ist wichtig zu beachten, dass die MPU selbst nur ~4 mA verbraucht und die Aktivit\u00e4ts-LED weitere 1 mA verbraucht. Da die MAM-Erstellung ein einmaliges Ereignis ist, k\u00f6nnen wir nicht wirklich einen durchschnittlichen Verbrauch f\u00fcr MAM berechnen. Wir k\u00f6nnten jedoch die Kosten von MAM in Energie ausdr\u00fccken: 8 Sekunden * 5 mA sind ungef\u00e4hr 8 s * 5000 \u00b5A = 40.000 \u00b5As oder 11 \u00b5Ah. Um das in Perspektive zu setzen: Wir haben gerade in 8 Sekunden fast so viel Energie verbraucht, wie der Beschleunigungssensor und der Umgebungssensor zusammen in einer Stunde verbrauchen werden. <\/p>\n\n

Eine weitere bemerkenswerte Entdeckung ist, dass das Versenden der Daten den Stromverbrauch nicht wesentlich erh\u00f6ht: Der Tag verbindet sich mit der durch das Connection Interval definierten Rate, unabh\u00e4ngig davon, ob Daten zum Senden bereitstehen oder nicht.<\/p>\n\n

Schauen wir uns abschlie\u00dfend an, wie der Grundverbrauch des Tags jetzt mit laufenden Sensoren aussieht:<\/p>\n\n

\"Stromverbrauch
Stromverbrauch mit eingeschalteten Sensoren<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Das Grundniveau liegt immer noch bei etwa 10 \u00b5A, also keine \u00dcberraschungen. Wir k\u00f6nnen jetzt Spitzen in etwa 100-ms-Intervallen sehen, was dem Beschleunigungssensor entspricht, der mit 10 Hz l\u00e4uft. <\/p>\n\n

Zusammenfassend:<\/p>\n\n

  • Grundverbrauch 10 \u00b5A<\/li>
  • Advertising 28 \u00b5A<\/li>
  • Verbindung 25 \u00b5A (zus\u00e4tzlich zum Advertising)<\/li>
  • Umgebungssensor 5 \u00b5A<\/li>
  • Beschleunigungssensor 7 \u00b5A<\/li>
  • Gesamt 75 \u00b5A<\/strong><\/li><\/ul>\n\n
    \"Kreisdiagramm
    Kreisdiagramm des Stromverbrauchs<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

    Es ist jetzt offensichtlich, dass der gr\u00f6\u00dfte Teil des Stromverbrauchs in unserer Anwendung von BLE-Funk\u00fcbertragungen stammt. Insgesamt sind 75 \u00b5A nicht schlecht, allerdings k\u00f6nnen wir nur etwas \u00fcber ein Jahr Lebensdauer mit einer CR2477 im RuuviTag erwarten, es sei denn, wir k\u00f6nnen den Stromverbrauch senken. Bleib dran f\u00fcr den Beitrag zur Stromoptimierung. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Einer der kritischsten Aspekte beim Programmieren batteriebetriebener Ger\u00e4te ist die Kontrolle des Stromverbrauchs. Es reicht nicht aus, dass ein Programm gut funktioniert, w\u00e4hrend es mit der Entwicklungsplattform verbunden ist \u2013 die meisten Nutzer erwarten mindestens ein Jahr Batterielebensdauer, und Anfragen f\u00fcr 5\u201310 Jahre sind \u00fcblich. 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