Energiesparende Software entwickeln Stromzähler für Mikrocontroller

Stromfressende Geräte gehören der Vergangenheit an, dafür gibt es nicht nur neue Gesetze, sondern viele andere Gründe. Welche Komponenten eines Embedded-Systems für das Energiesparen zuständig sind und wie man ein solches System entwickelt, zeigt dieser Artikel am Beispiel einer mit Solarzellen betriebenen Applikation auf Basis eines Cortex-Mikrocontrollers.

Die Schonung unserer natürlichen Ressourcen und die Verminderung des CO2-Ausstoßes sind wir unserer Umwelt schuldig. Steigende Energiepreise treiben nicht nur bei großen Energieverbrauchern, sondern auch bei vielen kleinen Geräten dazu an, sparsamer mit der Energie umzugehen. Neue europäische Gesetze, die den Verbrauch von Geräten im Stand-by oder auch im ausgeschalteten Zustand auf 1 W bzw. 0,5 W begrenzen, zwingen darüber hinaus, auf den Verbrauch zu achten. Hierbei sind besonders die immer häufiger verwendeten Geräte im Unterhaltungsbereich zu beachten, die per Fernbedienung eingeschaltet werden, oder auch Haushaltsgeräte, die per Touch Sensor bedient werden – Geräte, die also auch im ausgeschalteten Zustand rund um die Uhr aktiv sind, um die Fernbedienung oder den Sensor zu überwachen.

Für batteriebetriebene Geräte oder solche, die durch kleine Energieerzeuger wie Solarzellen angetrieben werden, war Energiesparen schon immer wichtig, ansonsten ist die Batterielebensdauer zu kurz oder sie funktionieren bei zu schwachem Licht nicht mehr. Ein weiterer Grund fürs Energiesparen ist die Wärmeerzeugung. Höherer Energieverbrauch erzeugt mehr Wärme, und diese muss aufwendig und schlimmstenfalls sogar noch geräuschvoll abgeführt werden. Auch hier ist die Beseitigung der Ursache besser als die Nachsorge.

Der Mikrocontroller: Schaltzentrale für das Stromsparen

Selbstverständlich ist die Auswahl stromsparender Bauteile die Basis eines guten Low-Power-Designs. Herausragend hierbei sind die Mikrocontroller; die altbekannten AVR-, PIC- und MSP430-Derivate sind schon längere Zeit verfügbar. Mit den Cortex-M3-Mikrocontrollern der IP-Schmiede ARM, von einigen bekannten Chip-Herstellern in reales Silizium geformt, ist nun auch eine Reihe leistungsfähiger 32-bit-Mikrocontroller verfügbar, die reduzierten Stromverbrauch auf ihren Datenblättern stehen haben. Die neueste, noch sparsamere Variante hiervon ist die LPC1100-Familie von NXP, die auf dem Cortex-M0-Core von ARM basiert. Auch bei anderen Hardware-Bausteinen sind die Hersteller sehr aktiv, die Power-Eigenschaften zu optimieren.

Aber auch ein sehr sparsamer Baustein verbraucht Energie und wird am besten nur dann aktiviert, wenn er tatsächlich benötigt wird. Ein Mikrocontroller kann mit sehr vielen Parametern betrieben werden; auch hier ist das Optimum an Energieverbrauch einstellbar, wobei immer ein Kompromiss zwischen Performance und Energieverbrauch gefunden werden muss. Für beides ist die Software zuständig, d.h., deren Optimierung bestimmt die Energiestatistik des gesamten Systems. Somit kommt auf die Software-Entwicklung eine neue wichtige Herausforderung zu, die neben den vielen anderen zu meistern ist.