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ESP32(8) Low Power

Low Power我踩過不少坑（如下），做起來曲折離奇，不得不解。雖然內心十分抗拒，還是得咬著牙搞定。這篇也是盡量原汁原味，呈現我做的傻事

http://lihgong.blogspot.com/2019/05/volvo-xc60-2.html
http://lihgong.blogspot.com/2019/05/volvo-xc60-5low-power.html


[Low Power 規格]

CAN logger在汽車運作中，吃不到50mA，這程度對發電機完全無感，問題不大先忽視

引擎熄火開始吃電瓶，70Ah電瓶一顆約莫7000台幣，待機電流必須做得小才不會弄壞電池。定義規格：待機1年，吃1%電瓶，待機電流要壓到80uA。鉛電池自放電是每個月3%~10%，我訂的規格算是很嚴苛

  • 70Ah*0.01 = 365*24h*80uA

Low Power選零件先決定一半：極小值是20uA！這裡的規格不開藍芽或無線網路

  • ESP32-C3 deep-sleep mode耗電量5uA
  • TJA1042/3 standby mode耗電量10uA
  • 5V LDO靜態耗電2.5uA
  • 3.3V LDO靜態耗電2.5uA


[先搞定硬體]

CAN logger放車上，要搞定12v轉5v，拿先前做過的板子跳線加工一下。電源也加個二極體稍微隔離（理論上USB也要隔離，PCB已經做好沒辦法改）。跳線連接頭避免拉扯，用熱溶膠盡量固定，免得實驗做一半要維修。我的工藝水準真的有限，下面這團東西，感覺很不可靠啊

下圖是設計IDEA，原型驗證過做小板子會好得多



[睡眠機制]

先思考什麼時候要睡覺

  1. 汽車運作中，CAN Logger開始紀錄封包到SD卡，寫寫寫
  2. 等汽車熄火，CAN封包還會持續一段時間，最後停止
  3. 封包停止，ESP32-C3 SDK，接收CAN封包函數timeout設成4秒，然後去睡覺


[睡下去]

斷電前要做這些事

  1. 把所有GPIO pin review一輪，一般是設成input or output，檢查pull-up/ pull-down，避免從IO pin漏電。基本上low power這個是基本功

  2. 讓CAN收發晶片進Standby Mode省電，電流壓到10uA。這個狀態CAN bus任何擾動（bit#0, dominate）都會在RX pin輸出high-to-low，用這根pin喚醒ESP32-C3

  3. 一切都準備完成，讓ESP32進入deep sleep mode


[測量耗電]

我有自製小道具，能斷開12V/GND，直接用電錶測量耗電


[醒過來]

  1. 樹梅派打出CAN封包，CAN收發晶片偵測到dominate，輸出high-to-low喚醒ESP32-C3

  2. 處理器不同的睡法，醒過來的方式不同。ESP32-C3的Deep-sleep是完全重跑。我在開機的地方讓某根GPIO pin拉高再拉低，用示波器驗證真的重開機

  3. ESP32 SDK因為有些軟體放在SPI上面跑，睡醒要花比較長時間。嚴謹的驗證還包括CAN封包擾動，到真的醒過來，需要多少時間（之後再做）

  4. SDK也提供reset reason API，能在醒過來時，驗證是什麼原因起來

  5. 如果是原地醒過來，那軟體一般會這樣寫
    // prepare for sleep (IO pin adjustment)
    go-to-sleep
    // prepare for operation (IO pin adjustment)

    這顆完全重跑，寫起來像這樣下面這樣，既然軟體是完全重跑，樣子就是重開機
    // prepare for sleep (IO pin adjustment)
    go-to-sleep
    // prepare for operation (IO pin adjustment)

  6. ESP32-C3也可以在睡下去之前，把某些資料寫入另一塊記憶體，等回電還看得到。這個功能目前我還沒用上


[實驗結果]

  1. 運作耗電約27mA，睡下去860uA，穩穩地睡，電流沒突然跳起來（觀測3min）。巨大的電流差大表真的有睡，成功一半了。待機耗電離目標80uA還很遠，一般會從周邊找漏電

  2. 直接拔SD卡，電流降到400uA，這裡佔一半的電流！ESP32-C3有根VDD_SPI pin給Flash供電，睡下去這根pin會斷電。從3.3v改接這根pin，運作正常，而且睡下去不耗電

  3. 我的板子放了兩顆CAN收發器，因應VOLVO車有兩條CAN bus，有顆收發器好像被我弄壞沒法打出封包，電流降不下去。換一顆好的收發晶片，現在電流可以壓到90uA。離目標值（80uA）只差一步，原則上是可以上車玩了

  4. 離理論極小值 （20uA）還有一段路。我反覆查Google，反覆實驗，修改GPIO pin設定，基本上全部沒用！如果某個地方實驗做很久都沒效，那可能原因不在這裡，沒準是硬體出問題導致漏電：IC解焊，跳線飛來飛去，焊油沒清乾淨，太多不確定因素。硬要修復硬體原型可能會先弄壞，就此先打住

  5. 備案準備登場了，有了上次VOLVO+經驗，我知道開發板會折損很快，果斷直接訂了10片板子（在路上），我準備先單獨測試CPU斷電，看datasheet說的5uA是不是真的。再依序擺上周邊，看哪一步出錯

[踩坑]

做Low Power這題一定會踩坑，坑還沒填上，內心的抗拒果然騙不了人 >_<


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Hi

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Edwin
2022年9月30日 上午9:22
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