ما الذي تقوم به هذه الحاسبة
تقدّر حاسبة عمر بطارية مستشعرات إنترنت الأشياء المدة التي سيعمل خلالها جهاز يعتمد على البطارية — سواء كان مستشعراً لاسلكياً، أو منارة (Beacon)، أو جهاز تتبّع GPS، أو أي عقدة متحكم دقيق منخفض الاستهلاك — قبل أن تنفد بطاريته. وتعتمد على ثلاثة مدخلات بسيطة فقط: سعة البطارية بوحدة الميلّي أمبير-ساعة (mAh)، ومتوسط سحب التيار للجهاز بوحدة الميلّي أمبير (mA)، ونسبة مئوية للسعة القابلة للاستخدام تأخذ في الحسبان أن البطاريات نادراً ما تقدّم 100% من سعتها الاسمية.
كيفية الاستخدام
أدخل سعة البطارية (على سبيل المثال، خلية العملة CR2032 تبلغ سعتها نحو 220 mAh، أما بطارية AA القلوية فتتراوح بين 2000 و2500 mAh تقريباً). ثم أدخل متوسط تيار الجهاز — وهو المتوسط الموزون زمنياً على مدار دورة تشغيل كاملة، الذي يمزج بين تيار النوم العميق وومضات الإرسال اللاسلكي والاستشعار القصيرة. أخيراً، حدّد نسبة السعة القابلة للاستخدام (وعادةً ما تكون بين 80% و90%) لمراعاة التفريغ الذاتي ودرجة الحرارة وحدّ قطع الجهد. وتُظهر النتيجة مدة التشغيل بالساعات والأيام والسنوات.
شرح المعادلة
العلاقة الأساسية بسيطة:
$$\text{Life}_{hours} = \dfrac{\text{Capacity}_{mAh} \times (\text{Derating}/100)}{\text{Current}_{mA}}$$لأن قسمة mAh على mA يختزل إلى ساعات. والسعة القابلة للاستخدام هي السعة الاسمية مضروبة في نسبة الاستخدام. وبقسمة عدد الساعات على 24 نحصل على عدد الأيام، وبقسمتها على 8760 نحصل على عدد السنوات.
$$\text{Life}_{years} = \dfrac{\text{Life}_{hours}}{8760}$$
مثال محلول
مستشعر يستخدم بطارية سعتها 2000 mAh ويسحب متوسط تيار قدره 0.05 mA، مع نسبة سعة قابلة للاستخدام 85%. السعة القابلة للاستخدام = \(2000 \times 0.85 = 1700\) mAh. العمر:
$$\text{Life}_{hours} = \dfrac{1700}{0.05} = 34{,}000 \text{ ساعة} \approx 1{,}416.7 \text{ يوماً} \approx 3.88 \text{ سنة}$$
سعات البطاريات النموذجية واستهلاك التيار من المستشعرات
يعتمد عمر البطارية على رقمين: كمية الشحنة التي تحتويها البطارية (السعة بالميلي أمبير ساعة) وكمية التيار التي يستهلكها الجهاز في المتوسط (ميلي أمبير أو ميكرو أمبير). تسرد الجداول أدناه القيم التمثيلية للخلايا الشائعة وأنماط تشغيل إنترنت الأشياء. استخدم التيار المتوسط — بما في ذلك فترات السكون بين الإرسالات — وليس تيار الإرسال الذروة.
سعات البطاريات الشائعة
| البطارية | الجهد الاسمي | السعة النموذجية |
|---|---|---|
| خلية عملة CR2032 | 3.0 V | ~220 mAh |
| بطارية AAA قلوية | 1.5 V | ~1000 mAh |
| بطارية AA قلوية | 1.5 V | ~2500 mAh |
| بطارية AA ليثيوم (Li-FeS₂) | 1.5 V | ~3000 mAh |
| بطارية 18650 Li-ion | 3.7 V | ~3000 mAh |
استهلاك التيار النموذجي لإنترنت الأشياء
| نمط التشغيل | التيار المتوسط النموذجي |
|---|---|
| السكون العميق (MCU + RTC) | 5–15 µA |
| منارة BLE (بالمتوسط) | 20–50 µA |
| مستشعر LoRaWAN (بالمتوسط) | 30–100 µA |
| مستشعر Wi-Fi (بالمتوسط) | 1–5 mA |
هذه السعات اسمية: السعة القابلة للاستخدام الفعلية أقل عند التيار العالي أو درجة الحرارة المنخفضة أو بالقرب من نهاية قطع الجهد، ولهذا السبب يتم تطبيق عامل التقليل في صيغة وقت التشغيل.
تحويلات وحدات التيار والسعة
تخلط أوراق البيانات بين الأمبيرات والميلي أمبير والميكرو أمبير، لذلك حول كل شيء إلى وحدة واحدة قبل القسمة. تتوقع هذه الحاسبة السعة بالميلي أمبير ساعة والتيار بالميلي أمبير.
| الكمية | التحويل |
|---|---|
| التيار | 1 A = 1000 mA |
| التيار | 1 mA = 1000 µA |
| التيار | 1 A = 1,000,000 µA |
| السعة | 1 Ah = 1000 mAh |
أمثلة تحويل الميكرو أمبير إلى الميلي أمبير
| ميكرو أمبير (µA) | ميلي أمبير (mA) |
|---|---|
| 10 µA | 0.01 mA |
| 30 µA | 0.03 mA |
| 50 µA | 0.05 mA |
| 100 µA | 0.10 mA |
| 500 µA | 0.50 mA |
| 1000 µA | 1.00 mA |
لتحويل الميكرو أمبير إلى ميلي أمبير، اقسم على 1000 (انقل العلامة العشرية ثلاثة منازل إلى اليسار). على سبيل المثال، يتم إدخال متوسط استهلاك بمقدار 50 µA كـ 0.05 في حقل التيار.
الأسئلة الشائعة
ما المقصود بـ«متوسط التيار»؟ هو متوسط التيار على مدار دورة كاملة. فإذا كان الجهاز ينام بتيار 10 ميكروأمبير ويستيقظ لمدة ثانيتين بتيار 20 mA كل 5 دقائق، فعليك حساب المتوسط الموزون على مدى هذه الدقائق الخمس.
لماذا نستخدم نسبة السعة القابلة للاستخدام؟ لأن البطاريات الحقيقية تفقد جزءاً من سعتها بسبب التفريغ الذاتي وانخفاض درجات الحرارة وحدّ قطع الجهد الفعلي قبل أن تُفرَّغ تماماً، لذا فإن السعة القابلة للاستخدام تكون أقل من السعة المطبوعة عليها.
هل النتيجة دقيقة تماماً؟ لا — إنها تقدير للتخطيط فحسب. فالعمر الفعلي يتوقف على درجة الحرارة، وتيارات الذروة، وكفاءة منظّم الجهد، ونوع كيمياء البطارية. احرص دائماً على إضافة هامش أمان.
