Konfiguracja i wymagania
Pomiar średniego zużycia mocy przez urządzenie radiowe, takie jak węzeł Meshtastic, wymaga pewnego sprzętu i wiedzy.
Miernik mocy
Potrzebujesz sposobu na pomiar mocy. Może to być zasilacz laboratoryjny pokazujący odczyty napięcia i prądu, dedykowany miernik mocy USB lub inne podobne narzędzie. Kluczowe jest, abyś mógł odczytywać wolty i ampery lub waty w czasie. (Pomiar w czasie oznacza ciągłe śledzenie zużycia mocy, a nie tylko chwilowe odczyty.) Upewnij się również, że Twój miernik jest wystarczająco czuły, aby mierzyć niskie prądy, jakie może pobierać Twoje urządzenie — na przykład niektóre węzły zużywają nawet 0,005A przy 5V. Najważniejszą cechą jest to, że miernik może rejestrować amperogodziny lub watogodziny, ponieważ typowy multimetr nie ma takiej funkcji.
Co mierzymy?
Moc jest mierzona w watach. Aby dowiedzieć się, ile mocy zużywa Twoje urządzenie, mnożysz wolty przez ampery, aby uzyskać waty. Na przykład 5V pomnożone przez 50mA daje 250mW (lub 5V x 0,05A = 0,25W). Ta liczba reprezentuje zużycie mocy w danym momencie i technicznie oznacza moc zużytą w ciągu jednej godziny. Jednak ten obraz chwilowy nie jest wystarczający, ponieważ urządzenia radiowe, takie jak węzły Meshtastic, spędzają większość czasu na odbiorze i mniej na nadawaniu, przy czym nadawanie pobiera znacznie więcej mocy. Pomiar tylko mocy odbioru i założenie stałego zużycia ignorowałoby wyższe zużycie mocy podczas nadawania. Dlatego potrzebne jest średnie zużycie mocy w czasie, wyrażone w watogodzinach. Na przykład, jeśli urządzenie zużywa 250mW przez jedną godzinę, w ciągu 24 godzin zużywa 24 x 250mW = 6000mWh, czyli 6Wh.
Cykl pracy
Radio zużywa mniej energii podczas odbioru, a znacznie więcej podczas nadawania. Cykl pracy definiuje procent czasu, w którym radio nadaje w danym okresie. Może to być 5%, 10%, 25% lub inna wartość, w zależności od zastosowania. Zamiast obliczać średnie zużycie energii na podstawie wartości z dokumentacji dla trybów odbioru i nadawania, lepiej przeprowadzić rzeczywisty test mierzący zużycie energii w czasie. Przeprowadź test przez co najmniej godzinę; dłuższe testy (2-6 godzin) dają dokładniejsze wyniki, jeśli odzwierciedlają rzeczywiste warunki pracy.
Warunki testu
Testowanie jest proste, ale wymaga zrozumienia, jak Meshtastic działa w tle.
Aktywność sieciowa w tle
Węzły Meshtastic regularnie wysyłają pakiety danych w tle. Nie są to wiadomości użytkownika, lecz sygnały sieciowe wskazujące obecność i lokalizację węzła (dla węzłów z GPS). Inne węzły potwierdzają odbiór tych sygnałów. Ten podstawowy ruch sieciowy zużywa energię zarówno podczas odbioru, jak i nadawania, niezależnie od ręcznego wysyłania wiadomości. Niektóre z tych transmisji można wyłączyć lub ograniczyć, ale należy je traktować jako stałe zużycie energii.
Testowanie symulowane
Aby zasymulować rzeczywisty ruch wiadomości, dostosuj, jak często urządzenie nadaje aktualizacje lokalizacji GPS — to naśladuje ręczne wiadomości w sieci. Domyślny interwał nadawania to 2 minuty dla węzłów GPS i 15 minut dla węzłów o stałej pozycji. Skrócenie tego interwału zwiększa częstotliwość transmisji, co zwiększa zużycie energii. To ustawienie można zmienić za pomocą aplikacji mobilnych lub CLI. Użyj tej funkcji, aby automatycznie symulować ruch wiadomości podczas testu.
Interwał nadawania stałej pozycji
Stacje bazowe solarne często nie mają modułów GPS, ponieważ ich lokalizacja jest stała, a GPS zużywa znaczną ilość energii. W Meshtastic można ręcznie ustawić stałe współrzędne węzła. Węzły o stałej lokalizacji domyślnie nadają swoją pozycję co 15 minut (cztery aktualizacje na godzinę). Aby zasymulować więcej wiadomości — na przykład 16 na godzinę — skróć interwał nadawania do 3 minut; dla 56 wiadomości na godzinę ustaw go na 1 minutę.
Przykładowy warunek testowy z ustawieniami węzła
Testowanie wymaga co najmniej dwóch węzłów: węzła testowego i innego węzła. Dla realizmu użyj trzech lub czterech węzłów. "Rozmowna" konfiguracja sieci może wyglądać następująco:
-
Trzy węzły w sieci.
-
Jeden węzeł nadający lokalizację co 60 sekund (wyłącz inteligentną lokalizację).
-
Test węzła sparowanego z telefonem przez Bluetooth.
-
Test węzła ustawionego na stałą pozycję GPS.
-
Test węzła nadającego lokalizację co 60 sekund (wyłącz inteligentną lokalizację).
Rozpocznij test o pełnej godzinie (na przykład o pełnej godzinie lub kwadransie) i zanotuj czas rozpoczęcia. Zresetuj wszelkie wcześniejsze pomiary na mierniku mocy przed rozpoczęciem. Po czasie trwania testu zanotuj czas zakończenia i całkowitą zużytą energię.
Wyniki
Twój miernik powinien pokazywać całkowitą zużytą energię w watogodzinach. Podziel tę wartość przez czas trwania testu w godzinach, aby uzyskać średnie zużycie energii w watogodzinach lub miliwatogodzinach. Zachowaj ten wynik do następnego kroku — obliczenia rozmiaru panelu słonecznego.
Jeśli Twój miernik pokazuje amperogodziny, przelicz je na watogodziny, mnożąc przez napięcie testowe. Na przykład, jeśli podczas 3-godzinnego testu przy 5,1V miernik pokazuje 142mAh, to całkowita zużyta energia wynosi 5,1V x 142mAh = 724,2mWh. Podziel przez 3 godziny, aby uzyskać średnie zużycie 241,4mW. Zachowaj tę wartość do dalszych obliczeń.
Szczegółowe porównanie zużycia energii i żywotności baterii
Oto skoncentrowane porównanie nRF52840 i ESP32 pod względem zużycia energii i oczekiwanej żywotności baterii przy użyciu baterii 1000mAh (zakładając ogniwo Li-ion 3,7V):
| Parametr | nRF52840 | ESP32 |
| Częstotliwość taktowania CPU | 64 MHz | Do 240 MHz |
| Prąd w trybie aktywnym | ~5,3 mA (CPU aktywny) | 80-260 mA (szczyt transmisji Wi-Fi) |
| Prąd w trybie głębokiego uśpienia | Tak niskie jak 0,4 µA | 10-150 µA (tryb głębokiego uśpienia) |
| Bluetooth Low Energy (BLE) Tx | ~4,6 mA | ~30 mA |
| Prąd aktywnego Wi-Fi | Brak (bez modułu Wi-Fi) | 80-260 mA |
Korzystając z tych typowych poborów prądu, możemy oszacować żywotność baterii w następujący sposób:
| Scenariusz | Szacowany prąd (mA) | Szacowany czas pracy z baterią 1000mAh (godziny) |
| nRF52840 Normalna praca | 5 mA | 200 godzin (ok. 8,3 dni) |
| nRF52840 Głęboki sen | 0,0004 mA (0,4 µA) | 2 500 000 godzin (teoretyczny limit) |
| ESP32 Wi-Fi Aktywny | 150 mA | 6,7 godziny |
| ESP32 Głęboki sen | 0,1 mA (100 µA) | 10 000 godzin (ok. 416 dni) |
