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第372章 能量模型的启示与蜗牛壳的诞生（第1页）

“未来工程师俱乐部”的活动室俨然变成了一个小型研车间。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。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、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（ah）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，他们现了之前忽略的关键问题：无线模块，尤其是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。如果频繁触报警并射信号，即使有级电容缓冲，对电池也是巨大考验。而太阳能板在阴雨天的电量，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。

“这简直像个悖论！”一个组员frtration地说，“要防护好，就探测不好；要探测好，就防护不好。”

李婉没有气馁。她拉着组员跑去学校的劳动技术教室，那里有d打印机。她们尝试用d打印设计一个带导流槽和防雨檐的传感器罩，既能保护传感器主体不被雨淋，又能让热辐射信号顺利进入。画图、建模、打印、测试……失败了四五次后，一个形似蜗牛壳、带有弧度导流面的罩子被打印出来。安装测试后，虽然探测角度受到一些限制，但在模拟淋雨环境下，传感器工作基本正常，没有进水。

“我们就叫它‘蜗牛壳’防护罩吧！”李婉开心地给这个不起眼却解决了大问题的小零件命名。

她们还试验了“三防漆”。当看着顾念军用毛笔小心翼翼地将一种透明的、略带气味的涂料刷在电路板上，晾干后形成一层光滑的保护膜时，大家都觉得很神奇。“这就行了？真能防潮？”陈浩表示怀疑。

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“张叔叔说，这层漆能防止湿气、霉菌和盐雾直接腐蚀电路铜箔和焊点，但如果是浸泡或者高压水冲，还得靠外壳密封。两者结合，效果更好。”顾念军解释道。他们将刷好漆的板子放在窗户边，特意在一次小雨时开窗让潮气进来，几天后测试，电路板依然工作正常，这给了大家很大信心。

外壳的安装方式也经过了头脑风暴。最初想用螺丝固定在墙上或树上，但考虑到校园环境美观和避免破坏，最后决定采用强力磁铁（包裹硅胶防滑）吸附在金属栏杆、管道上，或者用可调节的尼龙扎带绑在树干、灯杆上，方便随时调整位置和回收。

一个月下来，“隐形守护者”项目没有做出一个可以工作的完整新样机，但成果斐然：一份包含真实测量数据的能量模型报告，明确指出系统的瓶颈和优化方向；一套经过初步验证的、“蜗牛壳”罩+防水盒+三防漆+磁铁扎带安装的防护与部署方案；以及一张更精细的、标注了可能的“多跳”路由节点的校园风险点地图。

在月末的项目进度分享会上，顾念军展示了这些成果。他特别强调了能量模型的启示：“通过精确测量，我们才知道功耗大头在哪，才知道为什么必须用多跳网络。这也让我们对后续选型有了依据——比如，无线模块我们会优先选择射功耗低、支持中继协议的型号。工程不是拍脑袋，是靠数据一点点堆出来的。”

杨老师听完汇报，非常欣慰：“同学们，你们这一个月的工作，比直接做出一个会响会亮的玩具，有价值得多。你们学会了如何系统地分析问题、如何用实验和数据指导设计、如何跨领域协作（硬件、软件、结构、甚至地理信息）。这才是‘未来工程师’最该锻炼的核心能力。我期待你们下个月，把这些分散的成果，整合成第一个真正能在校园环境里持续工作一段时间的‘验证节点’！”

受到鼓舞的团队成员，脸上洋溢着混合着疲惫和成就感的笑容。他们知道，最困难的基础工作已经完成，接下来，是激动人心的集成与测试阶段了。那个曾经被雨水浇灭的“隐形守护者”梦想，正在以更科学、更扎实的方式，重新孕育、成长。

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