Výdrž na baterii
This page is only available in Czech for now.
Výpočet pro bateriové výrobky (Hladina, Senzor). Všechna čísla jsou odhad z modelu, ne měření. Po prvních prototypech je nahradíme naměřenými hodnotami (postup na konci) a teprve ty smí na web jako sliby.
Model
Zařízení většinu času spí a jen občas se probudí, změří, připojí se k síti a odešle data. Denní spotřeba je součet dvou částí:
Q_den = N × Q_probuzeni + 24 h × I_spanek
N počet probuzení za den (1440 / interval v minutách)
Q_probuzeni náboj jednoho probuzení = průměrný proud × doba bdění
I_spanek proud celé desky ve spánku
Výdrž ve dnech = využitelná kapacita / Q_den. Využitelná kapacita článku 18650 3000 mAh je odhadem 85 % (vypínání kolem 3,3 V, samovybíjení, stárnutí), tedy asi 2 550 mAh.
Vstupy
| Veličina | Hodnota v modelu | Odkud | Stav |
|---|---|---|---|
| Proud při WiFi (průměr přes připojení a odeslání) | 110 mA | typické hodnoty ESP32-C6, špičky vysílání přes 300 mA | ověřit měřením |
| Doba bdění Hladina | 5 s | připojení k WiFi 2 až 3 s, měření ultrazvukem, odeslání | ověřit |
| Doba bdění Senzor | 4 s | bez ultrazvuku, DS18B20 a SHT40 jsou rychlé | ověřit |
| Proud ve spánku, celá deska | 15 µA | čip ve spánku jednotky µA, LDO 2 až 4 µA, dělič 1M/1M 2 µA, hlavice odpojená | cíl, ověřit |
| Ultrazvuk DYP-A02YYUW při měření | kolem 10 mA po 1 až 2 s | datasheet modulu | zanedbatelné proti WiFi |
Výsledek
| Výrobek a interval | Q_probuzeni | Probuzení za den | Q_den | Výdrž (2 550 mAh) |
|---|---|---|---|---|
| Hladina, 30 min | 0,153 mAh | 48 | 7,7 mAh | asi 330 dní, zhruba 11 měsíců |
| Senzor, 15 min | 0,122 mAh | 96 | 12,1 mAh | asi 210 dní, zhruba 7 měsíců |
| Hladina, 60 min | 0,153 mAh | 24 | 4,0 mAh | asi 640 dní |
| Senzor, 30 min | 0,122 mAh | 48 | 6,2 mAh | asi 410 dní |
Na webu a v návodech uvádíme opatrněji asi 10 měsíců pro Hladinu a asi 6 měsíců pro Senzor, dokud to nezměříme.
Proč na tom záleží: původní návrh
Původní firmware nechával zařízení po každém probuzení vzhůru 20 s (okno pro přepnutí údržby z Home Assistantu) a deska měla RGB LED WS2812 a dělič 100k/100k:
| Položka | Původní návrh | Nový návrh |
|---|---|---|
| Bdění po probuzení | 20 s × 70 mA = 0,39 mAh | 4 až 5 s × 110 mA = 0,12 až 0,15 mAh |
| Spánek | čip a LDO kolem 60 µA, dělič 21 µA, WS2812 v klidu 0,5 až 1 mA | kolem 15 µA |
| Hladina, 30 min | kolem 37 mAh za den, asi 2 měsíce | 7,7 mAh za den, asi 11 měsíců |
Největší rozdíl dělá zhasnutá WS2812, která brala víc než všechno ostatní dohromady, a krátké bdění. Režim údržby se proto zapíná pomocníkem v Home Assistantu, který si zařízení přečte hned po připojení, a nemusí kvůli němu čekat 20 s.
Thread místo WiFi
ESP32-C6 umí i Thread (802.15.4). Spící koncové zařízení v síti Thread se připojí a odešle data řádově za desítky milisekund místo sekund u WiFi. Q_probuzeni pak klesne zhruba o dva řády a výdrž omezí hlavně spánek a samovybíjení článku: roky místo měsíců. Podmínkou je, že zákazník má v Home Assistantu hraniční směrovač Thread. To je kandidát na verzi 1.1 firmwaru pro bateriové výrobky (docs/strategie.md).
Zima
Při teplotách pod nulou dá článek Li-ion znatelně méně, typicky o 20 až 30 % méně při -10 °C. Pod nulou se článek nesmí nabíjet. Venkovní výrobky proto nabíjíme doma (výměna článku nebo USB-C v teple) a nemají venkovní nabíjecí port.
Jak to změřit na prototypu
- Měřák proudu s velkým dynamickým rozsahem, který zachytí µA ve spánku i stovky mA při vysílání: Nordic Power Profiler Kit II nebo podobný (zhruba 2 až 3 tisíce Kč, zatím nekoupeno).
- Napájet desku 3,7 V místo článku, změřit proud ve spánku (cíl do 15 µA) a náboj jednoho probuzení (plocha pod křivkou).
- Totéž se statickou IP a bez ní (DHCP prodlužuje připojení).
- Dosadit do tabulky výše, přepočítat a teprve pak upravit čísla na webu.