13 augustus 2024
Afgelopen week kreeg ik een draadloze tafellamp in handen met daarbij de vraag: “Hoeveel energie verbruikt deze lamp in de praktijk?”. De aanleiding van deze vraag heeft te maken met het toepassen van interactieve lichtoplossingen in horeca-omgevingen. Naast de wens voor langdurig, aangenaam sfeerlicht is er ook behoefte aan interactief entertainment met behulp van licht, themagebonden verlichting en servicegerichte signalen met kleur of knippersignalen. De primaire vraag ligt bij de maximale gebruiksduur van dergelijke verlichting.
De lamp die ik vandaag onderzoek, is een basismodel met afmetingen (Ø x H) 72 x 72 mm. Het betreft een Livarno LED-lamp met een Li-ion 18650 1200mAh (4.44Wh) accu. Op de printplaat zijn 10 SMD-LED’s gemonteerd die worden aangestuurd door een PIC-controller. Het acculaadcircuit is opgebouwd rondom de TP4056. De TP4056 is een complete lineaire lader met constante stroom/constante spanning voor lithium-ionbatterijen met één cel. Het SOP-pakket en het lage aantal externe componenten maken de TP4056 bij uitstek geschikt voor draagbare toepassingen. Bovendien kan de TP4056 werken met een USB- en muuradapter.
Voor het meten van het energieverbruik van deze lamp zet ik mijn Nordic Power Profiler Kit II (PPK2) in. Dit is een standalone unit waarmee stroomverbruik gemeten kan worden van sub-µA tot een maximum van 1A. Bovendien kan de spanning ingesteld worden van 1.6-5.0V en kunnen er maximaal 100.000 samples per seconde geanalyseerd worden. Door het inzetten van threshold-levels op de analoge meetpoort of op een van de digitale poorten, is het mogelijk heel nauwkeurig energieverbruik en daarbij het stroomverbruik van onderscheidende events te meten – opstarten, schakelen naar andere modus, uitzetten, slaapmodus. Met de inzet van deze PPK2 heb ik kunnen vaststellen dat het energieverbruik bij de maximale lichtopbrengst 0,7104Wh (192mA bij 3.7V) en bij de minimale lichtopbrengst 0,2346Wh (63mA bij 3.7V). In slaapmodus verbruikt de lamp 0,00004144Wh (11.2µA bij 3.7V – zeer waarschijnlijk veel lager dan de ontlaadstroom van de accu zelf).
De accu is gespecificeerd als een 1200mAh accu, waarmee de gebruiksduur bij maximaal vermogen theoretisch ruim 6 uur is en bij de minimale lichtopbrengst ruim 18 uur. De gebruiksduur kan eenvoudig verhoogd worden door de gebruikte Li-ion of LiPo-accu uit te voeren met een groter vermogen. De TP4056 heeft een maximum laadvermogen van 1A, waarmee een grotere 3600mAh 18650-accu binnen 4 uur geladen zou kunnen worden en de gebruiksduur verdrievoudigd kan worden.
De wens om een dergelijke lamp in te zetten als interactieve lichtoplossing vereist lokale slimheid, doorgaans in de vorm van een embedded processor. Hiervoor kan bijvoorbeeld een Arduino, ESP32 of een Raspberry Pico ingezet worden. Afhankelijk van de gewenste interactiviteit kunnen hiermee lichteffecten worden gerealiseerd, maar kan er ook een draadloze verbinding tot stand gebracht worden. Hiervoor kan gebruik gemaakt worden van WiFi, Bluetooth, Zigbee of Matter.
Dit eerste onderzoek geeft aan wat het stroomverbruik is en laat tevens zien dat bij de laagste lichtopbrengst het energieverbruik beperkt is en een gebruiksduur van zo’n 18 uur gehaald zou moeten kunnen worden. De inzet van een grotere accu kan de gebruiksduur met een factor 3 verhogen, waarmee een volledige werkweek met één laadsessie mogelijk is. Dit klinkt als een ruime invulling van de beschikbare energierandvoorwaarden voor interactiviteit.
De volgende stap voor het invullen van deze klantvraag is het definiëren van de functies die nodig zijn om de gewenste interactieve lichteffecten te realiseren en welke processorkracht en datacommunicatie hiervoor nodig is. Vervolgens ga ik hiervoor een prototype ontwikkelen dat voor demonstraties ingezet kan worden. Ideeën van klanten tastbaar en werkend maken vind ik erg leuk om te doen. Mijn bijdrage om van een idee een tastbaar object te maken, wat je mee kunt nemen, op tafel kunt zetten en omheen kunt lopen, is wat ik leuk vind om te doen!
