第372章 能量模型的启示与“蜗牛壳”的诞生（1/2）

“未来工程师俱乐部”的活动室俨然变成了一个小型研发车间。长条桌上，万用表、示波器（从学校物理实验室借来的老式模拟款）、直流稳压电源、电烙铁、焊锡松香杂乱而有序地摆放着。墙壁白板上画满了电路图、计算公式和测试计划。空气中弥漫着淡淡的松香和塑料味。

顾念军提出的“先建能量模型”的建议得到了团队的一致认同。他们明白，在资源有限的情况下，盲目试错只会浪费时间和经费。首要任务是把系统的“能量账本”算清楚。

陈浩和王莉负责主攻这部分。他们拆解了新版方案中的每一个耗电单元：改进后的pir传感器模块（张工推荐的工业级简化版样品）、微控制器最小系统、本地声光报警电路（高亮led和微型蜂鸣器）、以及两种待选的无线模块——一种是他们熟悉的短距离zigbee模块，另一种是张工建议他们尝试的、工作在特定频段、功耗更低的lora模块（用于多跳中继）。

第一步是精确测量。他们搭建了一个简单的测试电路，用高精度万用表测量每个单元在不同工作模式下的电流：传感器待机电流、触发后工作电流；微控制器休眠电流、运行基础程序电流、处理传感器数据并驱动外设时的峰值电流；led和蜂鸣器在不同亮度、音量下的电流；两种无线模块在接收、发射（不同功率档位）、休眠状态下的电流。

数据记录在精心设计的表格里。一开始，测量并不顺利。老式示波器操作复杂，电流微小波动难以捕捉，无线模块发射时的瞬时电流尖峰稍纵即逝。陈浩急得满头大汗，王莉则不断查阅资料，调整测试方法。顾念军没有插手，只是提醒他们注意安全，并建议他们可以去请教物理老师。

物理老师得知他们的项目后非常支持，不仅亲自来指导他们使用更精密的数字万用表和电流探头，还讲解了如何计算有效值、如何估算电池容量（mah）与实际可用能量的关系（考虑放电曲线和截止电压）。这些课堂之外的知识让团队成员大开眼界。

一周后，一份详尽的“能量收支明细表”初步完成。看着表格上的数据，他们发现了之前忽略的关键问题：无线模块，尤其是发射信号时的瞬时电流，远高于他们之前的估算，几乎是微控制器平均工作电流的数十倍。如果频繁触发报警并发射信号，即使有超级电容缓冲，对电池也是巨大考验。而太阳能板在阴雨天的发电量，经过粗略估算，可能不足以完全弥补消耗。

“难怪张叔叔让我们先算账。”陈浩看着数据，若有所思，“如果我们还按最初的想法，每个节点独立远传，电池可能撑不了一周。多跳中继看来不是可选项，是必选项了——只有把长距离传输的功耗压力，分解到多个短距、低功耗的跳跃中，整个网络才能活得久。”

王莉则在研究休眠策略：“微控制器的休眠电流已经很低了，但传感器模块的待机电流还有优化空间。我们能不能让传感器也间歇性工作？比如每秒钟只唤醒几十毫秒来检测？但这可能会漏报……”

就在硬件组埋头于电流电压时，李婉带领的“防护与部署组”也有了突破性进展。她们的任务是设计出既防水防尘、又便于安装维护、成本还不能高的外壳方案。

李婉从一个电子市场淘来了几个工业防水接线盒，大小不一，材质有塑料也有金属。她们先尝试最简单的改造：在盒子侧面开孔，安装pir传感器的菲涅尔透镜窗口（用透明亚克力板和防水胶密封），预留天线出口和太阳能板接线口。密封用的是张工给的硅胶密封圈和防水格兰头样品。

但她们很快遇到了新问题：pir传感器对封装很敏感。如果把传感器电路板完全密封在盒子里，只留一个小窗口，传感器的探测范围和灵敏度会显着下降，容易形成盲区。如果把传感器部分暴露出来，又难以防水。