10 - 低功耗设计
ESP32 功耗优化与休眠策略
功耗模式
工作模式对比
| 模式 | 功耗 | 唤醒源 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 正常工作 | 80-170mA | - | 数据处理、通信 |
| 浅睡眠 | 0.8mA | 定时/IO | 短暂停止 |
| 深度睡眠 | 10µA | 定时/IO/ULP | 传感器采集 |
| 休眠 | 2.5µA | RTC定时 | 超长续航 |
功耗测量
#include "esp_sleep.h"
// 获取唤醒原因
void print_wakeup_reason(void)
{
esp_sleep_wakeup_cause_t wakeup_reason = esp_sleep_get_wakeup_cause();
switch (wakeup_reason) {
case ESP_SLEEP_WAKEUP_UNDEFINED: printf("No wakeup source\n"); break;
case ESP_SLEEP_WAKEUP_ALL: printf("Light sleep wakeup\n"); break;
case ESP_SLEEP_WAKEUP_TIMER: printf("Timer wakeup\n"); break;
case ESP_SLEEP_WAKEUP_TOUCH: printf("Touch wakeup\n"); break;
case ESP_SLEEP_WAKEUP_ULP: printf("ULP wakeup\n"); break;
case ESP_SLEEP_WAKEUP_GPIO: printf("GPIO wakeup\n"); break;
case ESP_SLEEP_WAKEUP_UART: printf("UART wakeup\n"); break;
}
}浅睡眠 (Light Sleep)
进入浅睡眠
#include "esp_sleep.h"
void light_sleep_demo(void)
{
// 配置唤醒源 (定时器)
esp_sleep_enable_timer_wakeup(10 * 1000000); // 10秒
// 可选：启用 GPIO 唤醒
gpio_wakeup_enable(GPIO_NUM_4, GPIO_INTR_HIGH_LEVEL);
esp_sleep_enable_gpio_wakeup();
printf("Entering light sleep...\n");
esp_light_sleep_start();
printf("Woke up!\n");
}WiFi 睡眠
void wifi_power_save(void)
{
// 设置为 Modem 睡眠 (WiFi 保持连接，暂停通信)
esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_MODEM);
// 设置为低功耗 (WiFi 断开，节省更多)
esp_wifi_set_ps(WIFI_PS_MIN_MODEM);
}深度睡眠 (Deep Sleep)
基础深度睡眠
#include "esp_sleep.h"
void deep_sleep_demo(void)
{
printf("Entering deep sleep for 60 seconds...\n");
// 配置定时唤醒 (60秒)
esp_sleep_enable_timer_wakeup(60 * 1000000);
// 进入深度睡眠
esp_deep_sleep_start();
}GPIO 唤醒
void deep_sleep_gpio_wakeup(void)
{
// 配置 GPIO 唤醒 (按钮按下唤醒)
gpio_wakeup_enable(GPIO_NUM_0, GPIO_INTR_LOW_LEVEL);
esp_sleep_enable_gpio_wakeup();
printf("Deep sleep with GPIO wakeup\n");
esp_deep_sleep_start();
}ULP 协处理器
ULP 编程
// ulp/main.S
.set ADC_CHANNEL, 1 // GPIO36
.set SLEEP_TIME, 30000 // 30秒
// 初始化 ADC
write r0, ADC_CHANNEL
write r1, 0x1
move r3, 0x40004a00 // SENS_SAR_START_FORCE_REG
st r1, r3, 0
// 读取 ADC
wait 2
move r3, 0x40004d00 // SENS_SAR_READ_REG
ld r2, r3, 0
// 比较阈值
sub r2, r2, 1000
jumps r2, 1, wakeup
// 继续休眠
wakeup:
wake
haltULP C 编程
#include "ulp.h"
#include "esp_sleep.h"
extern const uint8_t ulp_main_bin_start[] asm("_binary_ulp_main_bin_start");
extern const uint8_t ulp_main_bin_end[] asm("_binary_ulp_main_bin_end");
void ulp_init(void)
{
esp_sleep_enable_ulp_wakeup();
ulp_load_binary(0, ulp_main_bin_start,
(ulp_main_bin_end - ulp_main_bin_start));
ulp_run(0);
}功耗优化技巧
关闭外设
void disable_unused_peripherals(void)
{
// 关闭 WiFi (不使用时)
esp_wifi_stop();
// 关闭蓝牙
esp_bluedroid_disable();
esp_bt_controller_disable();
// 关闭不使用的 ADC
adc_power_off();
// 关闭不使用的 Timer
timer_power_off(TIMER_GROUP_0);
}动态频率调节
#include "esp_pm.h"
void set_cpu_freq(uint32_t freq_mhz)
{
esp_pm_config_esp32_t config = {
.max_cpu_freq = (esp_pm_cpu_freq_t)freq_mhz,
.min_cpu_freq = (esp_pm_cpu_freq_t)80
};
esp_pm_configure(&config);
}电池供电方案
锂电池管理
┌────────────┐
│ 锂电池 │
│ 3.7V │
└─────┬──────┘
│
┌─────▼─────┐ ┌────────────┐
│ TP4056 │────►│ ESP32 │
│ 充电管理 │ │ 3.3V │
└───────────┘ └────────────┘
太阳能供电
┌────────────┐
│ 太阳能板 │ ┌────────────┐
│ 6V/2W │───►│ 锂电池 │
└────────────┘ │ 3.7V │
└─────┬──────┘
│
┌─────────▼─────────┐
│ AMS1117-3.3 │
│ LDO 稳压 │
└─────────┬─────────┘
│
┌─────▼─────┐
│ ESP32 │
└───────────┘
实际案例：定时采集
#include "esp_sleep.h"
#include "driver/rtc_io.h"
#define SENSOR_PIN ADC1_CHANNEL_6
#define SLEEP_TIME_SEC 300 // 5分钟
void app_main(void)
{
// 初始化
print_wakeup_reason();
adc_init();
// 采集传感器数据
int sensor_value = adc1_get_raw(SENSOR_PIN);
printf("Sensor value: %d\n", sensor_value);
// 上传数据 (WiFi 开启)
wifi_init_sta();
connect_wifi();
upload_data(sensor_value);
wifi_disconnect();
// 进入深度睡眠
printf("Entering deep sleep...\n");
esp_sleep_enable_timer_wakeup(SLEEP_TIME_SEC * 1000000);
esp_deep_sleep_start();
}参考资料
官方文档
- ESP-IDF 电源管理 - 电源管理 API
- ESP-IDF 睡眠模式 - 浅睡眠与深度睡眠
- ESP-IDF ULP 协处理器 - ULP 编程指南
- ESP-IDF RTC API - RTC 时钟与唤醒
技术参考
- ESP32 功耗优化指南 - 官方功耗优化应用笔记
- ESP32 睡眠模式详解 - 官方深度睡眠示例
- ESP-IDF 动态频率调节 - DFS 动态变频
ULP 资源
- ULP 汇编指令集 - ULP 汇编指令
- ESP-IDF ULP 示例 - ULP 官方示例
硬件参考
- TP4056 充电芯片 - 锂电池充电管理 IC
- AMS1117 稳压芯片 - 3.3V LDO 稳压器
图片参考
