Проект на батарейках: метеодатчик, живущий месяц

Балконный метеодатчик первой сборки выглядел солидно: Uno, макетка, BME280, замер каждой секунды в Serial. Питание — банка 18650 на 3400 мА·ч. Планов было много; продержался он трое суток с четвертью. Арифметика из урока про watchdog и сон жестокая и честная: 3400 мА·ч на 45 мА активной платы — это 75 часов. Я её знал. Просто не поверил, что три дня — весь срок жизни яркого проекта с макеткой на борту.

Вторая сборка учла урок наполовину: Pro Mini 3,3 В, светодиод питания выпаян, опрос раз в минуту — но сна в скетче всё ещё не было, я рассчитывал на честные 4-5 мА активного потребления. На бумаге выходил ровно месяц: 3400 / 4,5 / 24 ≈ 31 день. В реальности датчик умер на двадцать седьмые сутки: саморазряд банки, холод на балконе и мои же вспышки индикации съели четыре дня. Месяц — план, который прощает только безупречную сборку.

Третья сборка дожила до весны. Разница — не в железе, а в порядке действий: сперва энергобюджет на бумаге, потом паяльник, потом скетч. Разберём методику, соберём цикл с powerDown и кольцевым журналом в EEPROM, а в конце поиграем с моделью, которая печатает прогноз жизни банки в днях — от месяца до лет в зависимости от периода тишины. Обещание месяца останется планом-минимумом: правильная сборка на том же железе живёт в разы дольше.

Методика простая до скучности: перечислите потребителей, у каждого выпишите ток и время работы за цикл, перемножьте, сложите, поделите ёмкость на результат. Лишнее выбрасывайте паяльником, а не кодом. Светодиод питания Pro Mini через резистор 330 Ом берёт около 4,5 мА круглосуточно — одна эта строка съедает банку за 31 день, и никакой сон её не прячет: светодиоду безразлично, спит чип или нет. Выпаиваете резистор, а не датчик-индикатор журнала — это разные светодиоды. И проверяйте модули в сборе: платка с собственной обвязкой умеет есть миллиамперы и во сне вашего узла.

Вторая скрытая строка — стабилизатор. У части клонов Pro Mini стоит AMS1117 с током покоя около 5 мА: такой узел перечёркивает весь сон, потому что во power-down плату кормит не чип, а регулятор. Рабочие версии — на MCP1700 с током покоя 1,6 мкА; перед покупкой я смотрю не на чип, а на маркировку стабилизатора. Итог правильной сборки из таблицы ниже — около 25 мкА среднего тока, и 3400 мА·ч по этой арифметике хватает на пятнадцать лет. То есть жизнь обрежет не чип, а саморазряд банки — два-три процента в месяц.

Скетч цикла: семь powerDown(SLEEP_8S) и один powerDown(SLEEP_4S) — минута тишины, поверх которой добавляются свои 250 мс активной фазы; для погодной телеметрии такая погрешность безразлична. Замер — forced-режим BME280: измерение по I2C занимает десятки миллисекунд при 0,35-0,65 мА, после чего датчик засыпает сам, без вашей заботы — по даташиту в паузах он берёт 0,1 мкА. Запись — в кольцевой журнал EEPROM парой байт: десятые доли температуры, затем влажности; урок про кольцевой буфер разбирал такую раскладку со сдвигом износа, отсюда я беру одну деталь — EEPROM.update вместо write: update не трогает ячейку, если байт не изменился, и износ падает в разы.

Про Serial на балконе: его там нет, и это лучшая оптимизация из всех — печать тянет за собой USB-чип и десятки миллиампер. Диагностику выношу в один светодиод — вспышка на каждой записи, двойная на провале шины I2C; сама вспышка — это digitalWrite из самого первого урока про светодиод, просто в служебной роли: 20 мА на двадцать миллисекунд раз в минуту. Забирать журнал приходит ноутбук с адаптером раз в неделю: за минуту он читает кольцо от адреса головы и уходит, а датчик продолжает жить.

Мелочь, которой в таблице нет, но которую даташит просит прямо: неподключенные входы подтянуть. Висящий в воздухе вход во сне переключается от наводок и гоняет логику впустую; я оставляю неиспользуемые пины в OUTPUT LOW, а всё, что живёт на входах, накрываю INPUT_PULLUP. Пара строк в setup, а в паузах экономит больше, чем любой хитрый алгоритм записи.

Сон в симуляторе не эмулируется — здесь модель энергобюджета, и её допущения перечислены в описании макетки: активная фаза 0,5 секунды при 20 мА — с запасом на датчик, вспышку индикации и журнальную запись, сон при 8 мкА, банка 18650 на 3400 мА·ч. Потенциометр A0 задаёт период тишины от двух до шестидесяти секунд, светодиод D12 мигает на активной фазе, кнопка D2 изображает внезапное пробуждение — тот случай, когда PCINT-будильник из первого урока триплета сработал на ветер.

Смотрите на tokUa= — средний ток в микроамперах — и на dni= — прогноз в днях. Потянули ручку к двум секундам тишины: прогноз около тридцати пяти дней, план месяца выполнен, но без запаса. Увеличили до восьми — четвёртый месяц. Ушли к шестидесяти — два с лишним года, и дальше прогноз уже врёт: саморазряд банки забирает больше, чем весь скетч. Кнопкой D2 нащёпайте ложных пробуждений и посмотрите, как дни утекают: несколько десятков лишних активаций в сутки — минус месяц жизни. И помните: модель с запасом — реальный журнал из code-блока тратит на активную фазу втрое меньше.

После модели — три вывода, которые я перепроверил на своём датчике. Первый: период сна — сильнейший рычаг, потому что он делит расход активной фазы; периодике отдаём максимум времени, мгновенным событиям — PCINT. Второй: энергобюджет пишут до сборки, а не после разряда — таблица из четырёх строк сэкономила мне пару банков. Третий: после оптимизации лимит узла задаёт химия — саморазряд и холод; два-три процента в месяц от 3400 мА·ч — это 68-102 мА·ч, вчетверо-вшестеро больше расчётного расхода журнала за тот же срок. Дальше улучшать нечего: берите банку больше или измеряйте реже.

Если ваш узел вместо EEPROM шлёт данные по радио или в MQTT, бюджет считайте так же — добавьте строку передатчика с её пиками: короткий пакет в десятки миллиампер на миллисекунды почти ничего не стоит, а постоянный приём убьёт любой сон. База по режимам сна — в уроке про watchdog, а обоим урокам триплета предшествует дисциплина неблокирующего loop() из урока про кооперативный цикл: сон легко встраивается только в скетч, где нет delay().