Nastavení a požadavky
Měření průměrné spotřeby energie rádiového zařízení, jako je Meshtastic uzel, vyžaduje určité vybavení a znalosti.
Měřič výkonu
Potřebujete způsob, jak měřit výkon. Může to být laboratorní zdroj napájení, který ukazuje napětí a proud, specializovaný USB měřič výkonu nebo jiný podobný nástroj. Klíčové je, že musíte být schopni číst buď volty a ampéry, nebo watty v čase. (Měření v čase znamená sledování spotřeby energie kontinuálně, ne jen okamžité hodnoty.) Také se ujistěte, že váš měřič je dostatečně citlivý na měření nízkých proudů, které může vaše zařízení odebírat – například některé uzly spotřebují jen 0,005A při 5V. Nejdůležitější vlastností je, že měřič může zaznamenávat ampérhodiny nebo watthodiny, protože běžný multimetr tuto schopnost nemá.
Co měříme?
Výkon se měří ve wattech. Chcete-li zjistit, kolik výkonu vaše zařízení spotřebuje, vynásobíte volty ampéry, abyste získali watty. Například 5V vynásobených 50mA se rovná 250mW (nebo 5V x 0,05A = 0,25W). Toto číslo představuje spotřebu energie v daném okamžiku a technicky znamená výkon spotřebovaný za jednu hodinu. Tento snímek však nestačí, protože rádiová zařízení jako Meshtastic uzly tráví většinu času příjmem a méně času vysíláním, přičemž vysílání spotřebovává výrazně více energie. Měření pouze příjmu a předpoklad konstantní spotřeby by ignoroval vyšší výkon používaný při vysílání. Proto je potřeba průměrná spotřeba energie v čase, která se vyjadřuje ve watthodinách. Například pokud zařízení spotřebuje 250mW po dobu jedné hodiny, za 24 hodin spotřebuje 24 x 250mW = 6000mWh, tedy 6Wh.
Pracovní cyklus
Rádia spotřebovávají méně energie při příjmu a výrazně více při vysílání. Duty cycle definuje procento času, kdy rádio vysílá během daného období. Může to být 5 %, 10 %, 25 % nebo jiná hodnota podle vaší aplikace. Místo výpočtu průměrné spotřeby na základě hodnot z datasheetu pro režimy příjmu a vysílání je lepší provést skutečný test měřením spotřeby energie v čase. Test provozujte alespoň jednu hodinu; delší testy (2–6 hodin) poskytují přesnější výsledky, pokud odrážejí skutečné provozní podmínky.
Testovací podmínky
Testování je jednoduché, ale vyžaduje pochopení, jak Meshtastic funguje v pozadí.
Aktivita sítě na pozadí
Uzly Meshtastic pravidelně odesílají datové pakety na pozadí. Nejsou to uživatelské zprávy, ale síťové majáky, které indikují přítomnost a polohu uzlu (pro uzly s GPS). Ostatní uzly tyto majáky potvrzují. Tento základní síťový provoz spotřebovává energii jak příjmem, tak vysíláním, bez ohledu na ruční odesílání zpráv. Některé z těchto přenosů lze vypnout nebo omezit, ale je třeba je brát v úvahu jako trvalou spotřebu energie.
Simulované testování
Pro simulaci skutečného provozu zpráv upravte, jak často zařízení vysílá aktualizace GPS polohy – to napodobuje ruční zprávy v síti. Výchozí interval vysílání je 2 minuty pro GPS uzly a 15 minut pro uzly s pevnou polohou. Zkrácení tohoto intervalu zvyšuje frekvenci přenosu, což zvyšuje spotřebu energie. Toto nastavení lze upravit pomocí mobilních aplikací nebo CLI. Použijte tuto funkci k automatické simulaci provozu zpráv během testu.
Interval vysílání pevné pozice
Solární základnové stanice často postrádají GPS moduly, protože jejich poloha je pevná a GPS spotřebovává značné množství energie. V Meshtastic můžete ručně nastavit pevné souřadnice uzlu. Uzly s pevnou polohou vysílají svou pozici každých 15 minut ve výchozím nastavení (čtyři aktualizace za hodinu). Pro simulaci více zpráv – například 16 za hodinu – zkraťte interval vysílání na 3 minuty; pro 56 zpráv za hodinu nastavte interval na 1 minutu.
Příklad testovací podmínky s nastavením uzlu
Testování vyžaduje alespoň dva uzly: testovací uzel a další uzel. Pro realističnost použijte tři nebo čtyři uzly. "Hovorové" nastavení sítě může být:
-
Tři uzly v síti.
-
Jeden uzel vysílá polohu každých 60 sekund (vypněte chytrou lokalizaci).
-
Testovací uzel spárován s telefonem přes Bluetooth.
-
Testovací uzel nastaven s pevnou GPS polohou.
-
Testovací uzel vysílá polohu každých 60 sekund (vypněte chytrou lokalizaci).
Začněte test v kulatý čas (například v celou hodinu nebo čtvrthodinu) a zaznamenejte čas začátku. Před zahájením resetujte předchozí měření na vašem měřiči energie. Po uplynutí doby testu zaznamenejte čas ukončení a celkovou spotřebovanou energii.
Výsledky
Váš měřič by měl uvádět celkovou spotřebovanou energii ve watthodinách. Vydělte tuto hodnotu délkou testu v hodinách, abyste získali průměrnou spotřebu energie ve watthodinách nebo milliwatthodinách. Tento výsledek si ponechte pro další krok – výpočet velikosti solárního panelu.
Pokud váš měřič udává ampérhodiny, převeďte je na watthodiny vynásobením testovacím napětím. Například pokud během 3hodinového testu při 5,1 V měřič ukáže 142 mAh, pak celková spotřebovaná energie je 5,1 V x 142 mAh = 724,2 mWh. Vydělte 3 hodinami pro získání průměrné spotřeby 241,4 mW. Tento údaj si uložte pro další výpočty.
Podrobné srovnání spotřeby energie a výdrže baterie
Zde je zaměřené srovnání mezi nRF52840 a ESP32 z hlediska spotřeby energie a očekávané výdrže baterie při použití baterie 1000mAh (při předpokladu článku Li-ion 3,7 V):
| Parametr | nRF52840 | ESP32 |
| Rychlost hodin CPU | 64 MHz | Až 240 MHz |
| Proud v aktivním režimu | ~5,3 mA (CPU aktivní) | 80-260 mA (špička přenosu Wi-Fi) |
| Proud v režimu hlubokého spánku | Až 0,4 µA | 10-150 µA (režim hlubokého spánku) |
| Bluetooth Low Energy (BLE) vysílání | ~4,6 mA | ~30 mA |
| Aktivní proud Wi-Fi | Žádný (žádný Wi-Fi modul) | 80-260 mA |
Použitím těchto typických odběrů proudu můžeme odhadnout životnost baterie následovně:
| Scénář | Odhadovaný proud (mA) | Odhadovaná doba běhu s baterií 1000mAh (hodiny) |
| nRF52840 normální provoz | 5 mA | 200 hodin (přibližně 8,3 dne) |
| nRF52840 hluboký spánek | 0,0004 mA (0,4 µA) | 2 500 000 hodin (teoretický limit) |
| ESP32 Wi-Fi aktivní | 150 mA | 6,7 hodin |
| ESP32 hluboký spánek | 0,1 mA (100 µA) | 10 000 hodin (přibližně 416 dní) |
