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Stromaufnahme / Energieverbrauch Wettersensor

Niels Mache

The Things Network User

Posted on 13-08-2017

Hallo zusammen,

nachdem die Batterien des Wettersensors schnell leer waren, habe ich nun den Strombedarf gemessen.
Beim gemessenen Sensor liegt der durchschnittliche Strombedarf bei ca. 40mA. Im 0,5s Mittel beträgt der niedrigster Wert 32,5mA, der höchste gemessene 48mA.
Der durchschnittliche Strombedarf sollte auf 1mA oder weniger gesenkt werden um den Sensor mit AA Batterien betreiben zu können, sofern 2 x AA Batterien/Akkus das Ziel sein sollte. Bei 1mA durchschnittlicher Stromaufnahme halten 2 x AA Batterien/Akkus (1900mA NiMH/low discharge) nur etwa 10 Wochen. Im Winter noch deutlich weniger. Das ist eigentlich schon zu gering für einen zuverlässigen Betrieb. 1 Jahr wäre wünschenswert.
Derzeit ist der Strombedarf für eine Laufzeit von 10 Wochen um den Faktor 40 zu hoch. Microcontroller und Semtech SX1272/73 LoRA müssen in den Deep-Sleep Mode versetzt werden. Beim Senden über LoRA werden abhängig von der Sendeleistung (RFOP = +17 dBm on PA_BOOST, RFOP = +13 dBm on RFO) zusammen mit Microcontroller (hier 10mA) ca. 100mA bzw. 40mA Strom benötigt. D.h. die Duty-Time kann bestenfalls 1:100 bzw. 1:40 betragen. Bei 1 Sekunde Sendezeit (abhängig vom Datenvolumen) würde die Stand-By Zeit mindestens 40 bzw. 100 Sekunden betragen. Zusammen mit Sleep-Mode Stromverbrauch der Microcontrollers und Stromverbrauch der Sensoren könnten also etwa alle 2 Minuten Daten gesendet werden, sofern die Sendezeit eine Sekunde betragen würde und nicht auf Empfangsbestätigung gewartet wird (d.h. kein Empfang). Bei längerer Sendezeit entsprechend weniger. Die Sensoren dürfen im Sleep-Mode nicht mit Strom versorgt werden. Funktioniert das? Habe mir das Schaltungsdiagramm (wo ist das zu finden?) noch nicht angesehen. Die Sensoren sollten einige Zeit (ms bis Sekunden) mit Strom versorgt werden, bevor sie ausgelesen werden, siehe Datenblatt.

Den Stromverbrauch zu senken, sollte mit entsprechender Firmware möglich sein. Allerdings gibt es keine großen Energiereserven für Sensoren.

Schalldruckmessung
Laustärkemessung wird mit Batterieversorgung aufwendiger, da das Mikrofon kontinuierlich verstärkt und der Schalldruck gemittelt werden muss. Diesen Energiebedarf schätze ich bei sorgfältigem (Analog-)Design auf 0.8-1,2mA kontinuierlich.

Laufzeit verlängern
Mit Low-Power Strommanagement und LiIon Akkus könnte man die Laufzeit bei gleicher Gehäusegröße um das 3 bis 4-fache verlängern . Die Kosten pro Sensor erhöhen sich dann entsprechend durch Stromversorgung, Laderegler, Akku, Netzteil (USB) Stecker.

Zusammenfassung
Der Strombedarf ist um den Fakktor 30-40 zu hoch. Es sollte möglich sein den Strombedarf zu senken um eine Batterielaufzeit von 10 Wochen oder höher zu erreichen. Für eine längere Batterielaufzeit ist eine größere Batteriekapazität mit LiIon Akku zu empfehlen.

Rückfragen gerne hier oder - besser - per email.