Otii助力智能表计行业，解决4大低功耗优化挑战

导语

在智能水表、燃气表和电表等长期部署型计量设备的设计中，电池寿命与系统功耗优化是核心工程挑战之一。这类产品通常部署周期在10–20年，且安装位置分散、人工维护成本极高，因此要求设备具备极低功耗、长寿命供电能力以及高可靠性的系统设计与验证方法。

电池供电型智能表计行业普遍采用锂亚硫酰氯电池（Li-SOCl₂）作为主电源。包括 SAFT、Tadiran、EVE、Xeno 等电池制造商在其技术资料中明确指出，Li-SOCl₂ 电池是远程抄表应用的主流选择，适用于10年以上、甚至设计目标达20年的电池寿命应用场景。

但如果由于系统设计不当（如固件唤醒频率过高、通信重传导致能耗失控、功耗预算不足等）导致电池寿命提前耗尽，将可能引发大规模现场故障和高昂维护与换表成本。

Otii 作为低功耗测量与能耗分析领域的专业工具，被广泛应用于智能计量、LPWAN终端、工业传感器等超低功耗系统开发中。

本文将结合智能表计行业的典型应用案例，系统分析低功耗设计中的常见的4大工程挑战，并展示如何利用 Otii 产品套件实现功耗可视化、系统优化与可靠性验证。

挑战1： 电池钝化与冷启动问题

图1：Otii进行电池钝化测试与冷启动

痛点：

一次性锂电池长期存放或长期处于微安级负载条件下使用时，会产生电池钝化现象，从而显著增加电池内阻，使其在设备上电瞬间出现电压塌陷，导致设备启动异常、无线模块发射失败，甚至触发复位。对于 NB-IoT 或 LoRa 表计来说，这种钝化可能让电池无法提供足够的瞬时电流而无法完成通信。

Otii功能：

1）借助高采样率电流捕获能力，Otii 可精确记录冷启动过程中的瞬态电流波形与对应电压跌落行为，帮助定位钝化导致的启动不稳定问题。

2）通过电池验证（Battery Validation）功能，Otii 能在真实功耗循环（休眠–唤醒–通信）下进行长时间放电测试，并记录电压恢复、内阻变化以及策略性负载脉冲响应，从而评估钝化程度及其对通信可靠性的影响。

举例：

具体的案例研究欢迎查看最新发布的文章《锂亚硫酰氯（Li/SOCl2）电池储存4.5年后的钝化效应》。该研究中对比SAFT品牌的两块久未使用的Li/SOCl2电池，通过电池验证功能发现:

• 电池LS14500在首次脉冲受到了较高内阻的影响和较大电压降，极易引发设备重置；
• 电池LSP14500未受较大影响。原因是并联的超级电容器对于钝化效应的缓和作用较为显著。如下图所示，开发人员通过具体的电池测量和数据，才能真正安心。

图2：Saft LS14500与LSP14500电池在长期储存后首次脉冲放电过程中的钝化效应比较

挑战2：混合供电

痛点：

在某些无需连接市电、但具备局部能量来源的智能表计应用（例如燃气表、水表或管网压力监测节点）中，越来越多的制造商采用”能量采集 + 可充电电池（或超级电容）”的混合供电架构。

Otii功能：

• 电源瞬态捕捉：通过高采样率（Ace Pro 最高50 ksps），可捕捉主通道和扩展接口（如 ADC、SENSE+, SENSE- 等）在µs–ms 切换瞬间时的电流/电压波动。
• 若涉及到太阳能场景，开发人员需评估光伏在不同照度下的实际充电能力与控制器效率。Otii可充分评估光伏电池的性能表现，更能揭示能量采集PMIC的运行特性。实际案例请参照之前发表的《Otii案例研究：精准评估太阳能 IoT 系统光伏性能与能量采集效率》一文。

挑战3：无线通信功耗难以优化

痛点：

NB-IoT和 LTE-M 模块在不同网络和配置条件下功耗差异较大，传统工具难以完整捕捉注册、重传等动作的短时高带宽瞬态电流。部分场景下也可能会出现通信重传与差错场景。

Otii功能：

Otii Ace Pro具备50 ksps 高速采样率，同时UART 日志与电流曲线同步。通过UART日志调试物联网蜂窝模块的不同工作状态和配置，识别其功耗表现，验证固件对功耗的影响以优化系统性能，最终延长电池使用寿命。

案例：

阿姆斯特丹某共享单车产品公司，使用Otii在不同的网络条件下测量完成设备注册和传输数据的电流和功耗。

图3：Otii的UART功能与电流录制曲线同步，可精确定位高功耗点

挑战4：大规模验证效率低

痛点：

智能水表、燃气表、电表这些产品典型的部署规模为数百万台，部署周期10~20年，远程分散安装，后期维护成本极高。因此上市前必须做系统化的大规模验证。尤其在NB-IoT、 LoRaWAN通信类表计中，固件迭代频繁，人工功耗测试效率低且易出错。

Otii功能：

• Otii 自动化工具箱可访问Otii TCP 服务器的 API和脚本（Python、Java、C#、Matlab）。使用此 API，用户可以从任何支持标准 TCP 套接字的应用程序中控制 Otii 硬件和软件。
• 自动化测试设置还支持定制和扩展。基本设置包括1台Otii仪器以及被测件（DUT），用于最简单的低功耗测量。同时也可以通过扩展接口实现其他测量，比如RX和数字输入的收集。
• 在被测设备（DUT）上进行固件和软件迭代时，可使用调试器进行闪存和调试，还可使用一个额外的切换板，以免在测量和闪存时进行手动切换。

价值：

Otii可实现结合能耗测量的持续集成（CI），这种自动化、数据驱动的验证机制能在每次代码变更时评估能效表现。从而实现：

• 及早发现功耗退化——如固件变更导致电流消耗增加的情况；
• 量化每次提交对效率的影响，观察代码如何影响实际能耗；
• 追踪长期趋势变化，建立跨版本的功耗性能历史数据；
• 自动化ROI（投资回报率）分析，用于能耗优化或者组件变更评估。

案例：

通过Python 脚本控制Otii Ace实现对 Nordic Particle Argon开发板的“电压降阶测试”的案例。点击视频： 举例如何使用Otii进行自动化低功耗测试

结语

智能计量设备在设计和部署过程中面临诸多挑战，包括电池寿命长期稳定性、低功耗通信优化、冷启动及电池钝化风险等。而传统测试工具往往难以同时捕捉从 nA 级休眠电流到通信瞬态峰值的完整数据，也不便于在多电源或自动化测试场景下进行评估。

Otii 提供高精度功耗测量、可编程电源及自动化测试功能，能够帮助智能计量企业直观评估功耗与电池表现，更早发现潜在风险，提高设计验证效率。同时Otii真正实现一机多用，覆盖不同供电场景，减少实验室设备投入。同时鉴于设备小巧便于携带，更是非常适合智能表计设备验证和测试使用。

让功耗风险看得见，让电池寿命算得准。 Otii，助力智能计量设备实现 10 年甚至20年以上免维护运行。

关于Qoitech

瑞典Qoitech公司推出的低功耗测量创新方案Otii，作为电池驱动与能量采集供电领域的能耗优化专家，已赋能全球3500余家企业的低功耗设计。

客户覆盖半导体、物联网、智慧农业、智能家居、智能表计等关键领域，既包括世界500强行业领袖，亦涵盖高速成长的中小型创新企业。

通过对电子产品精准的能耗分析与自动化测试、电池测试能力，Otii持续助力客户应对电子设备规模化部署背景下，对高精度的超低功耗设计与高性价比能耗管理的需求。