Configurazione e requisiti
Misurare il consumo medio di potenza di un dispositivo radio, come un nodo Meshtastic, richiede alcune attrezzature e conoscenze.
Misuratore di potenza
Hai bisogno di un modo per misurare la potenza. Questo potrebbe essere un alimentatore da banco che mostra letture di tensione e corrente, un misuratore di potenza USB dedicato o un altro strumento simile. Il punto chiave è che devi poter leggere volt e ampere o watt nel tempo. (Misurare nel tempo significa monitorare il consumo di potenza continuamente, non solo prendere letture istantanee.) Inoltre, assicurati che il tuo misuratore sia abbastanza sensibile da misurare le basse correnti che il tuo dispositivo può assorbire—ad esempio, alcuni nodi consumano anche solo 0,005A a 5V. La caratteristica più importante è che il misuratore possa registrare ampere-ora o watt-ora, poiché un multimetro tipico non ha questa capacità.
Cosa stiamo misurando?
La potenza si misura in watt. Per scoprire quanta potenza consuma il tuo dispositivo, devi moltiplicare i volt per gli ampere per ottenere i watt. Ad esempio, 5V moltiplicato per 50mA equivale a 250mW (o 5V x 0,05A = 0,25W). Questo numero rappresenta il consumo di potenza in un dato istante e tecnicamente indica la potenza consumata in un'ora. Tuttavia, questo istantaneo non è sufficiente perché i dispositivi radio come i nodi Meshtastic trascorrono la maggior parte del tempo in ricezione e meno tempo in trasmissione, con le trasmissioni che consumano molta più potenza. Misurare solo la potenza in ricezione e assumere quel consumo costante ignorerebbe la potenza più elevata usata nelle trasmissioni. Pertanto, ciò che serve è il consumo medio di potenza nel tempo, espresso in watt-ora. Per esempio, se un dispositivo consuma 250mW per un'ora, in un periodo di 24 ore consuma 24 x 250mW = 6000mWh, o 6Wh.
Duty Cycle
Le radio consumano meno energia in ricezione e molto di più in trasmissione. Il duty cycle definisce la percentuale di tempo in cui la radio trasmette durante un periodo dato. Può essere 5%, 10%, 25% o un altro valore, a seconda dell'applicazione. Invece di calcolare il consumo medio basandosi sui valori del datasheet per le modalità ricezione e trasmissione, è meglio eseguire un test reale misurando il consumo energetico nel tempo. Esegui il test per almeno un'ora; test più lunghi (2-6 ore) forniscono risultati più accurati se riflettono condizioni operative reali.
Condizioni di Test
Il test è semplice ma richiede di comprendere come funziona Meshtastic dietro le quinte.
Attività di Rete in Background
I nodi Meshtastic inviano regolarmente pacchetti dati in background. Questi non sono messaggi utente ma beacon di rete che indicano la presenza e la posizione di un nodo (per i nodi con GPS). Altri nodi riconoscono questi beacon. Questo traffico di rete di base consuma energia sia in ricezione che in trasmissione, indipendentemente dall'invio di messaggi manuali. Alcune di queste trasmissioni possono essere disabilitate o ridotte, ma devono essere considerate come consumo energetico continuo.
Test Simulato
Per simulare il traffico reale di messaggi, regola la frequenza con cui il dispositivo trasmette aggiornamenti della posizione GPS—questo imita i messaggi manuali sulla rete. L'intervallo di trasmissione predefinito è di 2 minuti per i nodi GPS e 15 minuti per i nodi con posizione fissa. Ridurre questo intervallo aumenta la frequenza di trasmissione, aumentando il consumo energetico. Questa impostazione può essere modificata tramite app mobili o CLI. Usa questa funzione per simulare automaticamente il traffico di messaggi durante il test.
Intervallo di Trasmissione per Posizione Fissa
Le stazioni base solari spesso non hanno moduli GPS perché la loro posizione è fissa e il GPS consuma molta energia. In Meshtastic, puoi impostare manualmente le coordinate fisse di un nodo. I nodi con posizione fissa trasmettono la loro posizione ogni 15 minuti per impostazione predefinita (quattro aggiornamenti all'ora). Per simulare più messaggi—ad esempio, 16 all'ora—riduci l'intervallo di trasmissione a 3 minuti; per 56 messaggi all'ora, impostalo a 1 minuto.
Condizione di Test Esempio con Impostazioni del Nodo
Il test richiede almeno due nodi: il nodo di test e un altro nodo. Per realismo, usa tre o quattro nodi. Una configurazione di rete "chiacchierona" potrebbe essere:
-
Tre nodi nella rete.
-
Un nodo trasmette la posizione ogni 60 secondi (disabilita la posizione intelligente).
-
Nodo di test accoppiato a un telefono via Bluetooth.
-
Nodo di test impostato con una posizione GPS fissa.
-
Nodo di test che trasmette la posizione ogni 60 secondi (disabilita localizzazione intelligente).
Inizia il test a un orario tondo (per esempio, all'ora o al quarto d'ora) e annota l'ora di inizio. Resetta eventuali misurazioni precedenti sul tuo misuratore di potenza prima di iniziare. Dopo la durata del test, annota l'ora di fine e l'energia totale consumata.
Risultati
Il tuo misuratore dovrebbe riportare l'energia totale consumata in watt-ora. Dividi questo valore per la durata del test in ore per ottenere il consumo medio di potenza in watt-ora o milliwatt-ora. Conserva questo risultato per il passo successivo—calcolare la dimensione del pannello solare.
Se il tuo misuratore riporta ampere-ora, converti in watt-ora moltiplicando per la tensione di test. Per esempio, se durante un test di 3 ore a 5,1V il misuratore mostra 142mAh, allora l'energia totale utilizzata è 5,1V x 142mAh = 724,2mWh. Dividi per 3 ore per ottenere un consumo medio di 241,4mW. Salva questo valore per calcoli successivi.
Confronto dettagliato del consumo energetico e della durata della batteria
Ecco un confronto mirato tra nRF52840 ed ESP32 in termini di consumo energetico e durata della batteria prevista utilizzando una batteria da 1000mAh (assumendo una cella Li-ion da 3,7V):
| Parametro | nRF52840 | ESP32 |
| Velocità di clock CPU | 64 MHz | Fino a 240 MHz |
| Corrente in modalità attiva | ~5,3 mA (CPU attiva) | 80-260 mA (picco trasmissione Wi-Fi) |
| Corrente in modalità sleep profondo | Fino a 0,4 µA | 10-150 µA (modalità sleep profondo) |
| Trasmissione Bluetooth Low Energy (BLE) | ~4,6 mA | ~30 mA |
| Corrente Wi-Fi Attiva | Nessuno (nessun modulo Wi-Fi) | 80-260 mA |
Usando questi consumi tipici di corrente, possiamo stimare la durata della batteria come segue:
| Scenario | Corrente Stimata (mA) | Durata Stimata con Batteria da 1000mAh (ore) |
| nRF52840 Operazione Normale | 5 mA | 200 ore (circa 8,3 giorni) |
| nRF52840 Deep Sleep | 0,0004 mA (0,4 µA) | 2.500.000 ore (limite teorico) |
| ESP32 Wi-Fi Attivo | 150 mA | 6,7 ore |
| ESP32 Deep Sleep | 0,1 mA (100 µA) | 10.000 ore (circa 416 giorni) |
