Что считает этот калькулятор
Калькулятор времени работы IoT-датчика оценивает, сколько проработает устройство с батарейным питанием — беспроводной датчик, маяк-бикон, GPS-трекер или любой узел на маломощном микроконтроллере — прежде чем его батарея разрядится. Для расчёта нужны всего три параметра: ёмкость батареи в миллиампер-часах (мА·ч), средний ток потребления устройства в миллиамперах (мА) и коэффициент полезной ёмкости в процентах, который учитывает тот факт, что батареи редко отдают все 100% своей номинальной ёмкости.
Как пользоваться
Укажите ёмкость батареи (например, у таблетки CR2032 это примерно 220 мА·ч, у пальчиковой щелочной AA — около 2000–2500 мА·ч). Введите средний ток устройства — это усреднённое по времени значение за полный рабочий цикл, которое сводит воедино ток глубокого сна и короткие всплески радиопередачи и измерений. Наконец, задайте коэффициент полезной ёмкости (обычно 80–90%), чтобы учесть саморазряд, влияние температуры и порог отсечки по напряжению. Результат показывает время работы в часах, днях и годах.
Разбор формулы
Базовая зависимость предельно проста:
$$\text{Life}_{hours} = \dfrac{\text{Capacity}_{mAh} \times (\text{Derating}/100)}{\text{Current}_{mA}}$$ведь при делении мА·ч на мА остаются часы. Полезная ёмкость — это номинальная ёмкость, умноженная на коэффициент использования. Разделив часы на 24, получим дни, а на 8760 — годы:
$$\text{Life}_{years} = \dfrac{\text{Life}_{hours}}{8760}$$
Пример расчёта
Датчик питается от батареи на 2000 мА·ч, потребляет в среднем 0,05 мА, полезная ёмкость — 85%. Полезная ёмкость = \(2000 \times 0{,}85 = 1700\) мА·ч. Время работы:
$$\text{Life}_{hours} = \dfrac{2000 \times 0{,}85}{0{,}05} = \dfrac{1700}{0{,}05} = 34\,000 \text{ часов} \approx 1416{,}7 \text{ дня} \approx 3{,}88 \text{ года}$$
Частые вопросы
Что такое «средний ток»? Это усреднённый ток за полный цикл работы. Если устройство спит при токе 10 мкА и каждые 5 минут просыпается на 2 секунды с током 20 мА, нужно вычислить средневзвешенное значение за эти 5 минут.
Зачем нужен коэффициент полезной ёмкости? Реальные батареи теряют ёмкость из-за саморазряда, низких температур и порога отсечки по напряжению, при котором устройство отключается раньше полного разряда. Поэтому полезная ёмкость всегда ниже значения, указанного на корпусе.
Насколько точен результат? Это оценка для предварительного планирования, а не точное значение. Реальный срок службы зависит от температуры, пиковых токов, КПД преобразователя и химического состава батареи. Всегда закладывайте запас.
Типичные ёмкости аккумуляторов и потребление тока датчиками
Время работы от батареи зависит от двух параметров: от того, какой заряд накапливает батарея (ёмкость в мАч) и какой ток в среднем потребляет устройство (мА или мкА). В приведённых ниже таблицах указаны типичные значения для обычных элементов питания и режимов работы интернета вещей. Используйте средний ток — включая периоды сна между передачами — а не пиковый ток передачи.
Типичные ёмкости аккумуляторов
| Батарея | Номинальное напряжение | Типичная ёмкость |
|---|---|---|
| Монетный элемент CR2032 | 3,0 В | ~220 мАч |
| Батарея AAA щёлочная | 1,5 В | ~1000 мАч |
| Батарея AA щёлочная | 1,5 В | ~2500 мАч |
| Батарея AA литиевая (Li-FeS₂) | 1,5 В | ~3000 мАч |
| 18650 Li-ion | 3,7 В | ~3000 мАч |
Типичное потребление тока в режимах интернета вещей
| Режим работы | Типичный средний ток |
|---|---|
| Глубокий сон (MCU + RTC) | 5–15 мкА |
| BLE маяк (усреднённый) | 20–50 мкА |
| Датчик LoRaWAN (усреднённый) | 30–100 мкА |
| Датчик Wi-Fi (усреднённый) | 1–5 мА |
Указанные ёмкости номинальные: реальная полезная ёмкость ниже при высоком токе, низкой температуре или вблизи конца диапазона напряжения отсечки, поэтому в формуле расчёта времени работы применяется коэффициент снижения.
Преобразование единиц тока и ёмкости
В техническом паспорте часто перемешаны амперы, миллиамперы и микроамперы, поэтому перед делением приведите всё к единой единице измерения. Этот калькулятор ожидает ёмкость в мАч и ток в мА.
| Величина | Преобразование |
|---|---|
| Ток | 1 А = 1000 мА |
| Ток | 1 мА = 1000 мкА |
| Ток | 1 А = 1 000 000 мкА |
| Ёмкость | 1 Ач = 1000 мАч |
Примеры преобразования микроампер в миллиамперы
| Микроамперы (мкА) | Миллиамперы (мА) |
|---|---|
| 10 мкА | 0,01 мА |
| 30 мкА | 0,03 мА |
| 50 мкА | 0,05 мА |
| 100 мкА | 0,10 мА |
| 500 мкА | 0,50 мА |
| 1000 мкА | 1,00 мА |
Чтобы преобразовать микроамперы в миллиамперы, разделите на 1000 (сдвиньте запятую на три позиции влево). Например, среднее потребление 50 мкА вводится как 0,05 в поле ввода тока.
