Питание OLED: потребление и ресурс дисплея

Солнечный датчик температуры в теплице проработал у меня двое суток вместо обещанных двух недель. Я перебрал всё: утечки в коде, просадки стабилизатора, самонагрев датчика. Виновник нашёлся мультиметром за минуту — экран. OLED 128×64 горел на полную круглосуточно: девять-десять миллиампер на дашборде из пары строк, и это была половина всего бюджета узла. Радио спало, датчик спал, а стёклышко светило в пустую теплицу ночами.

Вторая история длиннее: термостат в котельной год показывал одну и ту же картинку, а потом она проступила призраком — неравномерный износ пикселей, тот самый случай из урока про сравнение с LCD. Обе истории про одно: у OLED-пикселя есть цена в миллиамперах и цена в часах жизни, и обе платятся за каждую секунду свечения.

Здесь посчитаем ток по режимам с условиями, разберём ресурс — почему его меряют часами свечения до полупотускнения и как это переводится в годы, — и соберём выключатель экрана: командами контроллера на плате и логикой гашения в симуляторе.

Потребление OLED пропорционально числу горящих пикселей — в этом его характер и его экономика. Тёмный экран: единицы миллиампер и меньше — платит только логика контроллера и обвязка модуля. Обычный дашборд с шапкой и парой цифр: порядка пяти-десяти миллиампер — мои замеры на модулях 0.96 с бортовым стабилизатором при 5 В. Кадр, залитый белым целиком: пятнадцать-двадцать пять — точное число зависит от выставленной яркости и партии матрицы. На вытянутом 128×32 та же по духу картинка стоит примерно вдвое меньше: пикселей вдвое меньше. И на сутки: дашборд на девяти миллиамперах за круглосуточную работу берёт около 216 мА·ч — восьмую часть заряда типичной банки 18650 на 2600; погашенный экран за те же сутки возьмёт в десять раз меньше.

Отсюда приём, который у экранов работает буквально: тёмный интерфейс дешевле светлого. Рамка и строки на чёрном фоне держат в свете считаные проценты матрицы. Оценки для графических панелей дают 20–40 процентов экономии при тёмной теме — у монохромного OLED механика та же, каждый негорящий пиксель бесплатен, так что и без инверсии есть чем играть: меньше заливок, больше текста на чёрном.

Второй рычаг — яркость. У SSD1306 нет ручки контраста в привычном смысле, но в Adafruit_SSD1306 есть display.dim(true): команда приглушает свечение, и ток проседает вместе с ним. Картинка остаётся читаемой, глаза ночью не слепнут, ресурс расходуется медленнее. Это промежуточная ступень между горящим на полную и погашенным экраном — и часто именно её не хватает, когда выбор кажется бинарным.

Свои цифры стоят трёх минут: мультиметр в разрыв питания модуля — или повербанк с индикатором тока — и три режима подряд: погашенный, дашборд, залитый белым кадр. У меня первый замер давал меньше миллиампера, второй — девять с половиной, третий — двадцать два; ваши числа будут другими, и это нормально: партии матриц и платы с обвязкой отличаются. Важно не само число, а вилка: она сразу показывает, во что обходится каждая зона интерфейса и стоит ли она этого.

Ресурс OLED считают не годами службы, а часами свечения до полупотускнения: индустриальная метрика T50 — время, за которое яркость падает до половины исходной. Для маленьких монохромных матриц типовые оценки — десятки тысяч часов; пятьдесят тысяч — это почти шесть лет непрерывного свечения. Переведите в режим вашего прибора: экран, горящий четыре часа в сутки, стареет примерно в шесть раз медленнее табло, светящего круглосуточно. Экран не изнашивается на полке — он изнашивается на стекле. Отсюда честная единица планирования: не сколько лет прибору, а сколько часов за сутки горит матрица — остальные часы пиксели отдыхают бесплатно.

Выгорание — вторая ипостась того же старения: пиксели деградируют неравномерно, и зона, месяцами светившая одной картинкой, тускнеет быстрее соседних. Отсюда три привычки. Первая: гасить экран, когда данные никому не нужны, — таймер бездействия или кнопка. Вторая: приглушать dim там, где прибор смотрит на человека ночные часы. Третья — для особо статичных интерфейсов — периодическая инверсия цветов раз в несколько минут: зоны износа меняются местами, и матрица стареет ровнее; приём из мира больших мониторов, но и на маленьких матрицах работает.

Переведём в график дежурств. Табло, горящее круглосуточно, набирает 8760 часов за год: при паспортных пятидесяти тысячах до полупотускнения это почти шесть лет до первого заметного угасания. Прибор, который светит два часа в сутки, расходует тот же ресурс за шестьдесят с лишним лет — по факту бесконечно: раньше устареет электроника. Между этими полюсами и живёт ваш проект; посчитайте долю горящего времени — главный множитель всей ресурсной арифметики.

Оговорка про честность: всё перечисленное продлевает только будущее. Проявившийся призрак не лечится — у пикселей нет восстановительной терапии, что мы и видели на котельном термостате.

Моё правило гашения с границами. Прибор на столе, питание от розетки: экран живёт своей жизнью, я ставлю только dim по ночам. Батарейный узел: показ по событию или по кнопке — подошёл, нажал, прочитал, экран погас; дежурный цикл из сравнения с LCD — тот же принцип, собранный на millis вместо delay. Публичное табло: яркость по расписанию — днём полная, ночью dim, чтобы не слепить и не жечь ресурс впустую.

Расписания из нескольких таймингов собираются на планировщике задач на millis — там раскладка периодических дел по таймингам разобрана по косточкам. Кнопка — самый дешёвый датчик присутствия: читаем её через digitalRead, а дребезг для выключателя экрана глотаем паузой в четверть секунды — точность здесь не нужна, зато код на пять строк.

Частый вопрос: не дешевле ли спать всей плате? Зависит от проекта. Глубокий сон — отдельный мир со своей ценой пробуждения и своей поддержкой плат, а на классической Uno его нет вовсе; гашение экрана одной командой работает всегда и не трогает остальной код. Начинайте с выключателя экрана, а сон всей платы подключайте тогда, когда его бюджета перестанет хватать — это следующий уровень экономии, не первый.

И отдельный враг — заставки. Логотип проекта, нарисованный в setup и живущий на экране вечно, — статичная картинка в худшем смысле: самая яркая зона горит месяцами. Мои правила: заставка живёт секунды, после begin сразу рабочий кадр; в рабочих кадрах не бывает больших белых заливок; и никакая красота не стоит половины ресурса матрицы.

Теперь у экрана есть полный бюджет: байты буфера из прошлого урока и миллиамперы с часами жизни из этого. Дальше по разделу — софтовые тонкости, на которых экран становится прибором, а не табло; а бюджет из этого урока держите при себе каждый раз, когда решаете, что печатать, как часто и с какой яркостью.

Домашнее задание на плате: мультиметр в разрыв питания экрана — или повербанк с индикатором тока — и три замера: погашенный модуль, дашборд из пары строк, кадр fillRect белым на весь экран. Запишите три числа — теперь ваши оценки будут вашими, а не моими. Потом соберите выключатель из code-блока — кнопка, dim, DISPLAYOFF — и повесьте таймер бездействия, если прибор живёт в помещении, куда заглядывают два раза в день. Последний штрих: посчитайте долю горящего времени своего прибора и умножьте паспортные часы свечения на неё — получите честный срок жизни стекла в вашем проекте, а не в паспорте.