power-budget-calculator

用途

Power Budget Calculator 是一个用于估算嵌入式项目功耗与电池续航的技能，面向 Arduino、ESP32、RP2040 等开发平台。当用户提出“电池能撑多久”“需要多大容量的电池”“项目电流消耗是多少”等问题，或计划电池供电项目、进行低功耗优化时使用。

主要资源

scripts/calculate_power.py：Python 计算器，包含元件数据库、占空比（duty cycle）支持与电池寿命估算。
references/component-database.md：依据数据手册整理的电流消耗参考。
assets/example-project.json：示例项目配置文件。

使用方式

以交互方式运行计算器：

uv run --no-project scripts/calculate_power.py --interactive

计算单个元件：

uv run --no-project scripts/calculate_power.py --component ESP32 --mode deep_sleep --duty 95

加载项目配置：

uv run --no-project scripts/calculate_power.py --json assets/example-project.json --output report.md

列出数据库中的全部元件：

uv run --no-project scripts/calculate_power.py --list

工作流程

第一步：收集元件清单

向用户确认：

微控制器（型号与工作模式）
所有传感器与模块
显示屏
执行器（电机、LED、继电器）
通信方式（WiFi、蓝牙、LoRa）
工作概况（常开还是按占空比运行）

第二步：计算功耗预算

运行 scripts/calculate_power.py --interactive 进行引导式计算，或使用技能内提供的预算模板，模板涵盖工作条件、常开元件电流、仅活动模式元件电流、峰值电流事件、平均电流计算与电池寿命估算等部分。

平均电流公式：

I_avg = (I_active × t_active + I_sleep × t_sleep) / t_total

电池寿命估算：

有效容量 = 标称容量 × 0.8（80% 可用）
Runtime = 有效容量 / I_avg

电流消耗数据库

技能内提供按类别整理的参考数据，包括：

微控制器：Arduino（ATmega328P）活动 15–20mA、掉电 0.1µA；ESP32（WROOM-32）活动（WiFi 发送）160–260mA、深度睡眠 10µA；ESP32-C3、RP2040（Pico / Pico W）各模式电流。
传感器：DHT22、BME280、BMP280、MPU6050、DS18B20、HC-SR04、VL53L0X、MAX30102、BH1750、GPS（NEO-6M）的活动与睡眠电流。
显示屏：16x2 LCD、SSD1306 OLED、ST7735 TFT、ILI9341 TFT、E-Paper 2.9" 的活动与关闭/睡眠电流。
通信模块：ESP8266、NRF24L01、HC-05、RFM95 LoRa、SIM800L GSM 的发送峰值、接收/空闲与睡眠电流。
执行器：LED、RGB LED、WS2812B、SG90 与 MG996R 舵机、直流电机、5V 继电器、蜂鸣器的电流。

睡眠模式与优化

技能提供 ESP32 深度睡眠（esp_sleep_enable_timer_wakeup + esp_deep_sleep_start）与 Arduino 掉电模式（SLEEP_MODE_PWR_DOWN）的代码模板。

功耗优化清单分为硬件与软件两组：

硬件：移除电源 LED、电池供电时移除 USB-Serial 芯片、使用低静态电流 LDO、用 MOSFET 对高电流外设做电源门控、未用引脚加下拉、不读取时关闭 ADC。
软件：读取间隔进入睡眠、降低时钟频率、批量数据减少传输频率、不需要时关闭 WiFi/BLE、深度睡眠禁用掉电检测、用中断代替轮询。

设计模式包括电源门控接线示意与占空比公式示例（例如每 5 分钟读取一次传感器，活动 50mA 持续 2 秒、睡眠 10µA 持续 298 秒，平均 0.34mA；配 2000mAh 电池约 4706 小时≈196 天）。

电池参考

列出常见电池类型的电压与典型容量：CR2032、2x/3x/4x AA 碱性、18650 锂离子、LiPo 1S、9V 碱性等；并给出 18650/LiPo 放电曲线（4.2V 到 3.0V 截止，低于 3.0V 会损坏电芯）与碱性 AA 放电曲线（1.5V 到 0.9V，很多设备低于 1.1V/节停止工作）。

适用场景与限制

适用于电池供电项目的续航估算、电池容量选型、电流消耗评估与低功耗优化规划。技能本身只提供计算脚本、参考数据与优化建议，具体数值依赖用户提供或数据库中的元件参数；实际续航会受元件批次、供电电路、温度与负载变化影响，估算结果为参考值。技能要求使用 uv 运行脚本。技能提到遵循共享的 Arduino 技能契约（state assumptions、required tools and versions、implementation steps、tests/evidence by proof stage、known limitations 与 recovery/security notes）。

快速计算器

技能内提供手工计算模板，输入常开电流、活动电流与时间、睡眠电流与时间、电池容量后计算平均电流与运行时长。