measure-device-power-consumption

Перед тем как рассчитать необходимый размер солнечной панели и аккумуляторного банка, вам нужно определить, сколько энергии потребляет ваше устройство. Это необходимый и первый шаг в создании чего-либо на солнечной энергии.

Настройка и требования

Чтобы измерить среднее потребление энергии радиодисплея, такого как узел Meshtastic, потребуется некоторое оборудование и понимание процесса.

Измеритель мощности

Вам нужен способ измерения мощности. Это может быть лабораторный блок питания с показаниями напряжения и силы тока. Или специальное устройство, такое как USB-измеритель мощности, или что-то другое. Самое важное — чтобы вы могли считывать либо вольты и амперы, либо ватты со временем (со временем означает, что устройство должно отслеживать потребленную энергию за период, а не только мгновенные показания). Также учтите, имеет ли ваш измеритель достаточную разрешающую способность для измерения минимальных значений. Например, некоторые узлы потребляют 0,005 А при 5 В. Может ли ваш измеритель мощности измерить и отобразить такие малые значения? Важно, чтобы ваш измеритель отслеживал ампер-часы или ватт-часы. Обычный мультиметр этого не делает.

Что мы измеряем?

Ватт — это единица измерения мощности. Используйте эту единицу, чтобы выразить, сколько мощности потребляет ваше устройство. Если вы измеряете вольты и амперы, вы получаете ватты. Это простое уравнение. Просто умножьте вольты на амперы, чтобы получить ватты: 5v x 50mA = 250mW (также описывается как 5v x 0.05A = 0.25W). 250mW — это мера потребляемой мощности в конкретный момент. Технически это описывает мощность, потребляемую за один час. Мы не можем использовать это число, потому что радиодисплеи вроде Meshtastic большую часть времени принимают сигнал и только некоторое время передают (передача потребляет гораздо больше энергии, чем прием). Если мы измерим мощность во время приема и скажем, что это потребление за час, мы не учтем менее частые, но более энергоемкие передачи. Нам нужно получить среднее значение за период времени. Чтобы измерить мощность за период, мы используем ватт-часы. Например, если ваше устройство потребляет 250mW в течение одного часа и вы хотите узнать, сколько энергии оно потребит за 24 часа, мы выражаем это так: 24h * 250mW = 6000mWh. Этот результат выражен в милливатт-часах (его также можно выразить как: 6Wh).

Скважность

Радиоустройства потребляют относительно мало энергии при приеме. В отличие от этого, они потребляют гораздо больше энергии при передаче. Скважность — это процент времени, в течение которого радио передает. За период времени сколько этого времени тратится на передачу? 5%? 10%? 25%? Трудно сказать. Это зависит от сценария использования. Вместо того чтобы пытаться рассчитать мощность приема по сравнению с мощностью передачи на основе данных из даташита, вы можете провести симуляционный тест и измерить потребление энергии за период времени. Запустите тест потребления энергии минимум на 1 час, но чем дольше вы его проводите, тем точнее результат (если условия теста соответствуют реальной жизни). Рассмотрите 2–6 часов как хорошую продолжительность теста.

Условия тестирования

Проведение теста на практике довольно просто, но требует понимания того, как Meshtastic работает в фоновом режиме.

Фоновая сетевая активность

Узлы Meshtastic передают данные через регулярные интервалы. Эти пакеты данных — не сообщения, которые вы можете отправлять другим людям. Они похожи на маячки; используются, чтобы сообщить сети, что ваш узел работает и находится в сети. Ваш узел будет знать, онлайн ли другие узлы и где они находятся (для узлов с GPS). Эти пакеты данных отправляются в фоновом режиме и необходимы для функционирования сети (хотя некоторые из них можно отключить или настроить на менее частую передачу). Другие узлы в сети будут отвечать на некоторые из этих маячков подтверждением получения. Это означает, что существует базовый уровень сетевой активности, который будет потреблять энергию через прием и передачу независимо от сообщений, которые вы отправляете вручную.

Симуляционное тестирование

Чтобы настроить правильный тест, вам нужно знать или предположить, сколько трафика сообщений будет в вашей сети (ручные сообщения, отправляемые с узла). 5, 10, 20 или 50 сообщений в час? Только вы можете это знать, поскольку ситуации у всех разные.

Если скорость сообщений небольшая (например, 2–5 сообщений в час), она может не сильно влиять на потребление энергии. Узел уже регулярно передает через фоновую активность, поэтому небольшое количество дополнительных передач сообщений окажет низкое влияние на общее потребление энергии. Скорость сообщений полностью зависит от сценария использования, и никто не может сказать вам, какая у вас скважность. Но вы можете предположить и добавить запас в расчеты, чтобы обеспечить бесперебойную работу.

Установка низкого интервала вещания GPS-положения

Один из способов симулировать сообщение в Meshtastic — увеличить количество раз, когда узел отправляет обновление GPS-положения. Для этого вашему устройству не нужен модуль GPS. На момент написания по умолчанию интервал составляет 2 минуты для обычного узла с GPS или 15 минут для узла с фиксированным положением. Вы можете уменьшить этот интервал, и он будет вещаться чаще, таким образом симулируя ручное сообщение в сети. Вы можете изменить этот интервал в приложении для iPhone, Android, веб-приложении и CLI. Мы можем использовать эту функцию, чтобы заставить более частые передачи и таким образом симулировать трафик сообщений. Это полезно, потому что это автоматизировано и не требует от вас помнить об отправке сообщений вручную во время теста.

Интервал вещания фиксированного положения

Большинство солнечных базовых станций не имеют модуль GPS, поскольку положение не меняется, а GPS потребляет много энергии. В Meshtastic вы можете вручную установить GPS-координаты для любого узла. Это распространено для солнечных узлов. Когда у узла фиксированное положение, он будет отправлять обновление положения каждые 15 минут (по умолчанию). Это базовый уровень из 4 обновлений GPS-положения в час. Если вы хотите симулировать 16 передач сообщений в час, установите интервал в 3 минуты. Это отправит обновление каждые 3 минуты, что составит 20 обновлений в общей сложности. Вычтите базовые 4 обновления (которые будут присутствовать после теста при развертывании) и получите 16 «сообщений» в час. Для 56 симулированных сообщений в час установите интервал в 1 минуту.

Пример условий теста с настройками узла

Для тестов потребуется минимум 2 узла: узел, с которого вы измеряете мощность, и еще один. Однако для большей реалистичности включите 3 или 4 узла в сеть. Цель — максимально приблизиться к размеру вашей итоговой развернутой сети при измерении потребления энергии. Эти условия теста симулируют «болтливую» сеть: - 3 узла в сети. - 1 «другой» узел настроен на вещание положения каждые 60 секунд (отключите умное положение). - Тестовый узел сопряжен с телефоном по Bluetooth. - Тестовый узел имеет фиксированное GPS-положение. - Тестовый узел настроен на вещание положения каждые 60 секунд (отключите умное положение).

Настройте все устройства как указано. Полезно начать тест в начале часа или через 15-минутный интервал (например, в 2:15). Запишите время начала на стикере и приклейте рядом с тестовым узлом. Когда остановите тест, постарайтесь сделать это в начале часа или через 15 минут. Это упростит расчет результатов. Обязательно сбросьте предыдущие измерения мощности на вашем измерителе перед началом. Запустите тест, запишите время остановки и общее потребление энергии во время теста.

Результаты

Ваши результаты, надеюсь, будут указаны в ватт-часах. Просто разделите записанные ватт-часы на количество часов теста, чтобы получить средний рейтинг потребления энергии в ватт-часах или милливатт-часах. Сохраните этот результат и переходите к расчету размера солнечной панели.

Если ваш измеритель показывает ампер-часы, вам нужно конвертировать.

Конвертация ампер-часов в ватт-часы

Возьмите общий результат ампер-часов и умножьте его на вольты, использованные в тесте. Например, тест длился 3 часа при 5,1 В, и ваш измеритель показывает 142mAh. Это 5.1v * 142mAh = 724.2mWh. Теперь разделите общее значение на продолжительность теста: 724.2mWh / 3h = 241.4mW. Этот пример показывает среднее потребление энергии 241.1mW. Сохраните результат теста для следующего шага — расчета размера солнечной панели.