Наша компанія провела ретельне тестування споживання електроенергії модулем лічильника Гейгера GGreg20_V3, призначеним для використання в DIY-проектах. Метою дослідження було визначити реальне енергоспоживання модуля при різних напругах живлення: 3.3В, 3.7В, 5.0В.
Методологія тестування
Для проведення вимірювань ми розробили спеціальний тестовий стенд на базі платформи Home Assistant. Центральним елементом системи був контролер Raspberry Pi Pico W з прошивкою ESPHome, який керував роботою модуля GGreg20_V3. Для точного вимірювання споживаної енергії ми використовували сенсор INA219, підключений до контролера NodeMCU / ESP8266 також з прошивкою ESPHome. У якості джерела живлення GGreg20_V3 ми застосували лабораторний блок живлення, який і задавав точний рівень напруги під час тестування.
Оскільки модуль GGreg20_V3 підтримує широкий діапазон напруг живлення, щонайменше від 3.0 і аж до 5.5В, для того, щоб показати наскільки відрізняється результат тесту, ми взяли три найпоширеніших рівня напруги живлення: 3.3В, 3.7В, 5.0В. Такі напруги дають уявлення про те, яке буде споживання модуля під час живлення від:
- іншого контролера чи джерела з напругою 3.3В;
- літієвої акумуляторної батареї з напругою 3.7В;
- іншого контролера чи джерела з напругою 5В.
Важливо зазначити, що сенсор INA219 вимірював лише енергоспоживання модуля GGreg20_V3, тоді як контролери живилися окремо. Це дозволило отримати максимально точні дані.
Також відмітимо, що рівень напруги живлення з плином часу у межах 60 хвилинного тесту не змінювався. Тому не слід сподіватися, що ми виконали повну емуляцію, наприклад літієвої батареї, що розряджається під навантаженням і відповідно втрачає напругу з 4.2В до 2.5В на протязі тесту. І хоча, це був би дійсно корисний і цікавий дослід, ми вирішили настільки сильно не заморочуватися з цим.
Тестовий стенд
| Компонент | Призначення | Живлення | Прошивка / інтерфейс |
|---|---|---|---|
| GGreg20_V3 | Об’єкт дослідження споживання енергії; Вимірювання рівня радіації | через INA219 від лабораторного блоку живлення | – / GPIO вихід, Active-Low |
| Raspberry Pi Pico W | Отримання даних з модуля GGreg20_V3 і передача на сервер Home Assistant | USB | ESPHome з конфігурацією для GGreg20_V3 в якості сенсора / безпровідне з’єднання WiFi |
| INA219 | Вимірювання струму споживання модулем GGreg20_V3 | від лабораторного блоку живлення | – / I2C |
| NodeMCU ESP8266 (або ESP12_OLED) | Керування модулем INA219, отримання даних вимірювання та передача на сервер Home Assistant | USB | ESPHome з конфігурацією для INA919 в якості сенсора / безпровідне з’єднання WiFi |
| Лабораторний блок живлення | Живити встановленою напругою модулі сенсорів INA219, GGreg20_V3 | мережа 220В | DC вихід 3.3В, 3.7В, 5.0В |
| Home Assistant сервер | Забезпечення передачі даних між пристроями через WiFi; Збір, обробка та візуалізація даних вимірювання | мережа 220В | безпровідне з’єднання WiFi |
Програмне забезпечення на боці вимірювального сенсора спожитої електричної енергії на базі ESP8266 + INA219 з прошивкою ESPHome:
sensor:
- platform: ina219
address: 0x40
shunt_resistance: 0.1 ohm
current:
name: "INA219 Current"
accuracy_decimals: 5
id: current_value
power:
name: "INA219 Power"
accuracy_decimals: 5
id: power_value
bus_voltage:
name: "INA219 Bus Voltage"
accuracy_decimals: 5
shunt_voltage:
name: "INA219 Shunt Voltage"
accuracy_decimals: 5
max_voltage: 32.0V
max_current: 3.2A
update_interval: 1min
- platform: integration
name: "Total Energy Consumed"
id: total_energy
sensor: power_value
time_unit: min
accuracy_decimals: 5
unit_of_measurement: "Wh"
filters:
- multiply: 0.0166666666666667
- platform: integration
name: "Total Current Consumed"
id: total_current
sensor: current_value
time_unit: min
accuracy_decimals: 5
unit_of_measurement: "Ah"
filters:
- multiply: 0.0166666666666667
Цей фрагмент YAML-конфігу забезпечує всі необхідні дані для запланованого нами тестування модуля сенсора радіації GGreg20_V3 з точки зору споживання енергії під час роботи у нормальних умовах фонового випромінювання.
Процес вимірювання
Вимірювання споживання енергії проводилися щохвилини, з накопиченням даних за попередні періоди. Тестування тривало протягом години, що дозволило отримати значення реального споживання модуля GGreg20_V3 за 60 хвилин для кожної з трьох напруг живлення.
Платформа Home Assistant використовувалася для збору та фіксації даних з сенсорів. Вона також надала інструменти для створення наочних графіків споживання електроенергії.
Результати та висновки
Завдяки проведеному тестуванню ми отримали детальні дані про споживання електроенергії модулем GGreg20_V3 при різних напругах живлення. Отримані результати дозволяють користувачам оптимізувати енергоспоживання своїх DIY-проектів з використанням цього модуля.
Живлення напругою 3.3В
Живлення напругою 3.7В
Живлення напругою 5.0В
Узагальнені результати
Тестування споживання енергії модулем GGreg20_V3 проводилося протягом 60 хвилин при різних напругах за нормальних умов. Цикл оновлення вимірів INA219: 1 хвилина
| 5 В | 3.7 В | 3.3 В | |
|---|---|---|---|
| Вих. напруга живлення лабораторного БЖ, В | 5,11 | 3,83 | 3,45 |
| Напруга живлення GGreg20_V3 (на сенсорі INA219), В | 5,01 | 3,7 | 3,32 |
| Споживання енергії протягом тесту (блимає LED, пікає базер), А*год | 0,03523 | 0,05174 | 0,05741 |
| Миттєвий струм у стані спокою, А | 0,0343 | 0,04880 | 0,05664 |
| Пікові сплески миттєвого струму (індикатори, тривалість 10 мсек), А | 0,051 | 0,064 | 0,093 |
Дата проведення: 27.08. – 31.08.2023
Під час тестування відхилень у вимірах рівня радіації не спостерігалося
Тестування проводилося з налаштуваннями модуля GGreg20_V3 за замовчуванням. Базер включений. Діод захисту Шотткі – встановлений. Синій індикатор живлення світиться постійно. Напруга живлення залишалася незмінною на протязі всього циклу тестування.
Додаток. Теоретичний графік розряду батарей
Ми також вирішили показати наочно теоретичний графік розряду при трьох різних напругах під час живлення модуля GGreg20_V3 від акумуляторних батарей різної хімії та ємності.
За основу для розрахунків ми взяли характеристики батарей, що є в інтернет:
| Рівень напруги батареї | Збірка батареї | Приклад акумуляторної батареї |
|---|---|---|
| 3.2В | 1 х | Soshine 18650 1800 mAh LiFePO4 3,2В |
| 3.7В | 1 х | Sony 18650 VTC6 3.7V 3120 mAh (30А) |
| 4.8В | 4 х послідовно | Videx NiMH AA HR6 1.2V 2100 mAh |
Але звертаємо ще раз увагу, що цей графік є теоретичним припущенням і не враховує розряду реальних батарей під навантаженням у часі та зміни рівня напруги і струму споживання протягом розряду.
Про GGreg20_V3
Модуль лічильника Гейгера GGreg20_V3 виробництва ТОВ “ІОТ-ДЕВАЙСЕС” (aka IoT-devices, LLC) є флагманським продуктом компанії, що знайшов своїх користувачів у більш ніж 30 країнах світу.
По всьому світові радіоаматори застосовують GGreg20_V3 – створюють власні DIY проекти, навчаються та ставлять експерименти, пов’язані з вимірюванням радіації.
Розробляючи цей продукт і удосконалюючи його з 2020 року, ми намагалися зробити модуль компактним, готовим до використання, сумісним з якомога більшою кількістю DIY платформ і систем, невибагливим щодо живлення, простим з точки зору програмування та гармонізованим за робочими характеристиками з різноманітними трубками Гейгера.
А ще ми розробили низку прикладів та виклали їх на GitHub для різноманітних апаратних та програмних платформ як от Arduino UNO, ESP32, ESP8266, Raspberry Pi Pico W, NodeMCU, ESPHome, Tasmota, MicroPython, Home Assistant.
І ми, у IoT-devices сподіваємося, що наші Клієнти отримують чудовий користувацький досвід та справжнє задоволення, впроваджуючи цей модуль у свої проекти.
А також ми дякуємо кожному, що підтримали та обрали цей розроблений і виготовлений в Україні продукт. Ми це дуже цінуємо!
Ключові слова
Лічильник Гейгера
GGreg20_V3
Тестування споживання електроенергії
DIY-проекти
Home Assistant
Raspberry Pi Pico W
ESPHome
INA219
NodeMCU
ESP8266
I2C
WiFi
YAML
