Einrichtung und Anforderungen
Die Messung des durchschnittlichen Leistungsverbrauchs eines Funkgeräts, wie eines Meshtastic-Knotens, erfordert einige Ausrüstung und Kenntnisse.
Leistungsmessgerät
Sie benötigen eine Möglichkeit, die Leistung zu messen. Dies könnte ein Labornetzteil sein, das Spannungs- und Stromwerte anzeigt, ein spezielles USB-Leistungsmessgerät oder ein ähnliches Werkzeug. Wichtig ist, dass Sie entweder Volt und Ampere oder Watt über die Zeit ablesen können. (Messen über die Zeit bedeutet, den Leistungsverbrauch kontinuierlich zu verfolgen und nicht nur Momentaufnahmen zu machen.) Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihr Messgerät empfindlich genug ist, um die niedrigen Ströme zu messen, die Ihr Gerät ziehen kann – zum Beispiel verbrauchen einige Knoten so wenig wie 0,005A bei 5V. Die wichtigste Eigenschaft ist, dass das Messgerät Amperestunden oder Wattstunden aufzeichnen kann, da ein typisches Multimeter diese Fähigkeit nicht besitzt.
Was messen wir?
Leistung wird in Watt gemessen. Um herauszufinden, wie viel Leistung Ihr Gerät verbraucht, multiplizieren Sie Volt mit Ampere, um Watt zu erhalten. Zum Beispiel ergeben 5V multipliziert mit 50mA 250mW (oder 5V x 0,05A = 0,25W). Diese Zahl stellt den Leistungsverbrauch zu einem bestimmten Zeitpunkt dar und bedeutet technisch gesehen die über eine Stunde verbrauchte Leistung. Dieses Momentaufnahme reicht jedoch nicht aus, da Funkgeräte wie Meshtastic-Knoten die meiste Zeit mit Empfang verbringen und weniger Zeit mit Senden, wobei das Senden deutlich mehr Leistung zieht. Wenn man nur die Empfangsleistung misst und annimmt, dass der Verbrauch konstant ist, würde man den höheren Verbrauch beim Senden ignorieren. Daher wird der durchschnittliche Leistungsverbrauch über die Zeit benötigt, der in Wattstunden ausgedrückt wird. Wenn ein Gerät beispielsweise 250mW für eine Stunde verbraucht, verbraucht es über einen Zeitraum von 24 Stunden 24 x 250mW = 6000mWh oder 6Wh.
Tastverhältnis
Radios verbrauchen beim Empfang weniger Strom und beim Senden deutlich mehr. Der Duty Cycle definiert den Prozentsatz der Zeit, in der das Radio während eines bestimmten Zeitraums sendet. Dies kann 5 %, 10 %, 25 % oder ein anderer Wert sein, je nach Anwendung. Anstatt die durchschnittliche Leistung anhand von Datenblattwerten für Empfangs- und Sendemodi zu berechnen, ist es besser, einen realen Test durchzuführen, der den Stromverbrauch über die Zeit misst. Führen Sie den Test mindestens eine Stunde lang durch; längere Tests (2-6 Stunden) liefern genauere Ergebnisse, wenn sie reale Betriebsbedingungen widerspiegeln.
Testbedingungen
Tests sind einfach, erfordern aber Verständnis darüber, wie Meshtastic hinter den Kulissen funktioniert.
Hintergrund-Netzwerkaktivität
Meshtastic-Knoten senden regelmäßig Datenpakete im Hintergrund. Dies sind keine Benutzernachrichten, sondern Netzwerk-Beacons, die die Anwesenheit und den Standort eines Knotens anzeigen (bei GPS-fähigen Knoten). Andere Knoten bestätigen diese Beacons. Dieser Basis-Netzwerkverkehr verbraucht Strom durch Empfang und Senden, unabhängig vom manuellen Nachrichtenversand. Einige dieser Übertragungen können deaktiviert oder reduziert werden, müssen aber als fortlaufender Stromverbrauch berücksichtigt werden.
Simulierte Tests
Um den tatsächlichen Nachrichtenverkehr zu simulieren, passen Sie an, wie oft das Gerät GPS-Standortaktualisierungen sendet – dies ahmt manuelle Nachrichten im Netzwerk nach. Das Standard-Sendeintervall beträgt 2 Minuten für GPS-Knoten und 15 Minuten für Knoten mit festen Positionen. Eine Verkürzung dieses Intervalls erhöht die Übertragungsfrequenz, was den Stromverbrauch steigert. Diese Einstellung kann über mobile Apps oder CLI angepasst werden. Verwenden Sie diese Funktion, um den Nachrichtenverkehr während des Tests automatisch zu simulieren.
Sendeintervall für feste Position
Solare Basisstationen haben oft keine GPS-Module, da ihr Standort fest ist und GPS erheblichen Strom verbraucht. In Meshtastic können Sie die festen Koordinaten eines Knotens manuell einstellen. Knoten mit festen Standorten senden standardmäßig alle 15 Minuten ihre Position (vier Updates pro Stunde). Um mehr Nachrichten zu simulieren – zum Beispiel 16 pro Stunde – verringern Sie das Sendeintervall auf 3 Minuten; für 56 Nachrichten pro Stunde stellen Sie es auf 1 Minute ein.
Beispiel-Testbedingung mit Knoteneinstellungen
Tests erfordern mindestens zwei Knoten: den Testknoten und einen weiteren Knoten. Für mehr Realismus verwenden Sie drei oder vier Knoten. Eine "gesprächige" Netzwerkkonfiguration könnte sein:
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Drei Knoten im Netzwerk.
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Ein Knoten sendet alle 60 Sekunden seinen Standort (Smart Location deaktivieren).
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Testknoten per Bluetooth mit einem Telefon gekoppelt.
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Testknoten mit festem GPS-Standort eingestellt.
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Testknoten sendet Standort alle 60 Sekunden (Smart Location deaktivieren).
Starten Sie den Test zu einer runden Zeit (zum Beispiel zur vollen oder Viertelstunde) und notieren Sie die Startzeit. Setzen Sie alle vorherigen Messungen an Ihrem Strommessgerät zurück, bevor Sie beginnen. Nach der Testdauer notieren Sie die Stoppzeit und die insgesamt verbrauchte Leistung.
Ergebnisse
Ihr Messgerät sollte die insgesamt verbrauchte Leistung in Wattstunden anzeigen. Teilen Sie diesen Wert durch die Testdauer in Stunden, um den durchschnittlichen Stromverbrauch in Wattstunden oder Milliwattstunden zu erhalten. Bewahren Sie dieses Ergebnis für den nächsten Schritt auf – die Berechnung der Größe der Solarpanels.
Wenn Ihr Messgerät Amperestunden anzeigt, wandeln Sie diese in Wattstunden um, indem Sie mit der Testspannung multiplizieren. Zum Beispiel, wenn bei einem 3-Stunden-Test bei 5,1V das Messgerät 142mAh anzeigt, beträgt die insgesamt verbrauchte Energie 5,1V x 142mAh = 724,2mWh. Teilen Sie dies durch 3 Stunden, um den durchschnittlichen Verbrauch von 241,4mW zu erhalten. Speichern Sie diesen Wert für weitere Berechnungen.
Detaillierter Vergleich des Stromverbrauchs und der Batterielaufzeit
Hier ist ein fokussierter Vergleich zwischen dem nRF52840 und ESP32 hinsichtlich Stromverbrauch und erwarteter Batterielaufzeit mit einer 1000mAh-Batterie (angenommen eine 3,7V Li-Ionen-Zelle):
| Parameter | nRF52840 | ESP32 |
| CPU-Taktfrequenz | 64 MHz | Bis zu 240 MHz |
| Stromverbrauch im Aktivmodus | ~5,3 mA (CPU aktiv) | 80-260 mA (Wi-Fi-Übertragungsspitze) |
| Stromverbrauch im Tiefschlafmodus | So niedrig wie 0,4 µA | 10-150 µA (Tiefschlafmodus) |
| Bluetooth Low Energy (BLE) Tx | ~4,6 mA | ~30 mA |
| Wi-Fi Aktiver Strom | Keine (kein Wi-Fi-Modul) | 80-260 mA |
Mit diesen typischen Stromaufnahmen können wir die Batterielaufzeit wie folgt schätzen:
| Szenario | Geschätzter Stromverbrauch (mA) | Geschätzte Laufzeit mit 1000mAh Batterie (Stunden) |
| nRF52840 Normalbetrieb | 5 mA | 200 Stunden (ca. 8,3 Tage) |
| nRF52840 Tiefschlaf | 0,0004 mA (0,4 µA) | 2.500.000 Stunden (theoretische Grenze) |
| ESP32 Wi-Fi Aktiv | 150 mA | 6,7 Stunden |
| ESP32 Tiefschlaf | 0,1 mA (100 µA) | 10.000 Stunden (ca. 416 Tage) |
