⚡ Эксперименты с режимом глубокого сна ESP-01: Неожиданные результаты

Каждый, кто работал с ESP-01, сталкивался с главной проблемой этого популярного модуля - энергопотреблением. В этой статье я расскажу о серии экспериментов, которые не только подтвердили известные факты, но и привели к неожиданному открытию. А начнём мы с того, что возьмём паяльник и доработаем стандартный модуль ESP-01.

Оборудование для эксперимента

• ESP-01 на базе ESP8266
• Датчик температуры DS18B20
• Линейный стабилизатор AMS1117-3.3
• Литий ионный аккумулятор (от эл. сиг.) 600mA
• Измерительное оборудование
• Паяльник, пинцет и расходные материалы для модификации ESP-01

Подготовка ESP-01 к глубокому сну

Первое, с чем мы столкнёмся - это отсутствие вывода GPIO16 на стандартном модуле ESP-01. Этот пин необходим для работы режима глубокого сна, так как именно он будет будить наш модуль. Придётся взять паяльник и аккуратно припаять провод непосредственно к выводу микросхемы ESP8266. Звучит страшно, но на практике это вполне выполнимая задача даже для начинающего радиолюбителя.

Важно:

Перед пайкой обязательно обесточьте модуль и используйте паяльник с регулировкой температуры, чтобы не повредить чип.

Для работы нам потребуется многожильный провод подходящего диаметра. Я использовал провод, которым был подключен динамик от планшета. Необходимо залудить провод. Прижимаем пинцетом провод к плате таким образом, чтобы он касался восьмой ножки микросхемы, но не касался других ножек. Также должно остаться место для жала паяльника.

Особенности питания и подключения

Я подключал через переходную плату, как показано на этой схеме. При подключении переходная плата торчит вверх.

Одно из ключевых решений в нашем эксперименте - это схема питания датчика DS18B20. Вместо использования внешнего источника питания, мы запитали датчик непосредственно от GPIO2 ESP-01. Это позволило:

1. Экономить энергию
2. Полностью отключать датчик во время сна
3. Логические уровни DS1820 будут соответствовать уровням ESP-01

Информационный вывод датчика подключен к GPIO0, что оставляет нам возможность прошивки модуля (при необходимости) через этот же пин.

Подключаем вывод CHPD к источнику питания VCC через резистор сопротивлением 10 килоом.

Исследование энергопотребления

Стабилизатор LM1117-3.3

Начнем с интересного факта: линейный стабилизатор LM1117-3.3 потребляет около 5мА даже без нагрузки! Это очень важный момент, который часто упускают из виду при проектировании автономных устройств. В режиме глубокого сна ESP-01 потребляет всего около 20мкА, но наш стабилизатор все равно "съедает" 5мА. Как говорится, почувствуйте разницу!

Эксперимент №1: Базовое энергопотребление

В стандартном режиме работы, который не предполагает глубокого сна, наша система, согласно расчётам, продемонстрирует следующие результаты:

• ESP-01 + DS18B20: ~70мА во время передачи данных (10 секунд)
• ESP-01 в режиме ожидания: ~15мА (8 минут)
• Стабилизатор: постоянные 5мА (все время)

Итого, даже в самом экономном режиме без сна мы не можем опуститься ниже 20мА общего потребления.

Благодаря системе «Home Assistant» я получил возможность отследить, как аккумулятор от эл. сигар. разрядился менее чем за сутки. Вот этот график:

Контрольная точка1 - напряжение 3,37 Вольт, время 00:09

В результате примерно за восемь часов напряжение на выходе стабилизатора уменьшилось с 3,37 вольт, что соответствовало 100% заряда аккумулятора, до 2,89 вольт, что соответствует примерно 50% заряда.

Эксперимент №2: Внедрение режима глубокого сна

В режиме глубокого сна, согласно расчётам, продемонстрирует следующие результаты:

• ESP-01 + DS18B20: ~70мА во время передачи данных (10 сек)
• ESP-01 в режиме глубокого сна ~20мкА (8 мин)
• Стабилизатор: постоянные 5мА (все время)

Итого, в режиме глубокого сна мы не можем опуститься ниже 5мА общего потребления.

Вот график работы в этом режиме:

Контрольная точка1 - напряжение 3,37 Вольт, время 16:01

В результате примерно за восемь часов напряжение на выходе стабилизатора уменьшилось с 3,37 вольт, что соответствовало 100% заряда аккумулятора, до 3,29 вольт.

Результаты экспериментов

В ходе наших тестов мы получили впечатляющие результаты:

Эксперимент 1 (без режима сна): За 8 часов работы напряжение упало с 3.37В до 2.89В (падение на 0.48В).

Эксперимент 2 (с режимом глубокого сна): За те же 8 часов напряжение снизилось всего на 0.08В (с 3.37В до 3.29В). При линейной экстраполяции этих данных, устройство сможет проработать около 48 часов до достижения уровня 2.89В, что в 6 раз дольше первого эксперимента.

Что дальше?

В следующей статье я раскрою все карты: покажу полную прошивку устройства и поделюсь результатами эксперимента, который находится на грани возможного. Да, это рискованное решение, которое может показаться неоднозначным, но именно такие эксперименты двигают прогресс вперед.

На случай неудачи у меня есть ещё два проверенных варианта решения проблемы энергопотребления, но я уверен, что предстоящий эксперимент с глубоким сном превзойдёт все ожидания. По предварительным расчётам, мы можем увеличить время автономной работы в несколько раз даже по сравнению с текущим режимом сна.

Заключение

Наши эксперименты наглядно показывают, что даже простой режим глубокого сна может увеличить время автономной работы ESP-01 в 6 раз. Но это только начало. В следующей статье мы пойдём ещё дальше и покажем, как можно выжать максимум из этой платформы, используя нестандартные, но эффективные решения.

Следите за обновлениями - самое интересное впереди!

Продолжение