Arduino 低功耗优化

1 概述

常用的 Atmega328p 最小系统下 16MHz 运行功耗大约是10mA，一块手机1200mAh的电池大约可不间断运行 1200/10/24 = 5天，这个还是在没有任何外围器件的情况下，算上外围设备如温度传感器等，连续运行的时间更短

2 深入 ATMEGA 328

328P有6种节电设置，分别是：

• 空闲模式 (SLEEP_MODE_IDLE)
• ADC 噪声抑制模式 (SLEEP_MODE_ADC)
• 掉电模式 (SLEEP_MODE_PWR_DOWN)
• 省电模式 (SLEEP_MODE_PWR_SAVE)
• Standby 模式
• 扩展Standby 模式

其中，关掉内部部件最多的掉电模式，328P 的耗电约为 1uA

另外：Watchdog 触发中断，不仅只有重启的功能，亦可配置为执行中断函数：

ISR(WDT_vect) {

  // interrupt function

}

WDT_vect 为 watchdog 中断向量入口

3 ATtiny13

• 空闲模式 (SLEEP_MODE_IDLE)
• ADC 噪声抑制模式 (SLEEP_MODE_ADC)
• 掉电模式 (SLEEP_MODE_PWR_DOWN)
• 省电模式 (SLEEP_MODE_PWR_SAVE)

4 代码

#include <avr/sleep.h>
#include <avr/wdt.h>
 
volatile byte data=0;
 
void setup() {
  pinMode(13,OUTPUT);
  setup_watchdog(9);

  ACSR |=_BV(ACD);//OFF ACD
  ADCSRA=0;//OFF ADC
  Sleep_avr();//Sleep_Mode
}
 
void loop() {
 
  if(data>=7){
    data=0;
    //-------------------------------
    digitalWrite(13,HIGH);
    delay(100);
    digitalWrite(13,LOW); 
    //--------------------------------    
    sleep_avr();
  } else {
    sleep_avr();  //Continue Sleep
  }
}
 
// 0=16ms, 1=32ms,2=64ms,3=128ms,4=250ms,5=500ms
// 6=1 sec,7=2 sec, 8=4 sec, 9= 8sec
void setup_watchdog(int ii) {
 
  byte bb;
 
  if (ii > 9 ) ii=9;
  bb=ii & 7;
  if (ii > 7) bb|= (1<<5);
  bb|= (1<<WDCE);
 
  MCUSR &= ~(1<<WDRF);
  // start timed sequence
  WDTCSR |= (1<<WDCE) | (1<<WDE);
  // set new watchdog timeout value
  WDTCSR = bb;
  WDTCSR |= _BV(WDIE);
}

//WDT interrupt
ISR(WDT_vect) {
 
  ++data;
  // wdt_reset();

}
 
void sleep_avr(){
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN  ); // sleep mode is set here
  sleep_enable();
  sleep_mode();                        // System sleeps here
}

5 328 Note

• NO LOW_POWER：闲时 10.5 mA，发射 19.5mA、40mA、85mA
• LOW_POWER: 睡眠 1.7mA，发射 50mA、87mA

2019/05/30 23:55:54:

• LOW_POWER: 睡眠 1.7mA，power_off_dev() 后，睡眠电流居然猛增到 54mA 左右。。。夜深明日再战。。。

2019/05/31 11:40

• 增加 SPI.end(); digitalWrite(SPI_CS, LOW)，睡眠电流降到 115uA 左右。必须两个都有，只有其中一个，睡眠电流都在 34mA 左右
• powerDown(SLEEP_FOREVER, ...) 电流在 111uA 左右

• 增加 Wire.end(); 电流还是在 115uA 左右。再增加 SDA (A4), SCL (A5) ---> LOW，电流还是在 115uA 左右。

• 使用另外一片 Quark，power_switch 换成 SI2301，移除 AP2112，直接 Vbat (3.3V) 供电，移除 SX1278，同样的代码（移除 LoRa 相关），睡眠电流为 4.3uA 左右，即： Atmega328p + SI2301 的消耗在 4.3uA 左右。。。
  • 固件没动，焊上一片 SX1278，睡眠电流一样
  • 固件和另一片一样，则睡眠电流也变为 109 uA 左右。因此貌似关 SX1278 的电源并不能显著降低睡眠电流，难道应该就用其的 power down 模式？！
  • 改为 sx1272.OFF() (其实就是 SPI.end())，不设 setSleepMode()，电流 2mA；再 digitalWrite(SPI_CS=10, LOW)，电流变为 65uA
  • OFF() 前 reset() 一下，不设 setSleepMode()，digitalWrite(SPI_CS=10, LOW)，还是 65uA
  • 设 setSleepMode()，OFF() ，digitalWrite(SPI_CS=10, LOW)，还是 65uA
  • 设 setSleepMode()，no OFF() ，no digitalWrite(SPI_CS=10, LOW)，电流变为 750uA
  • 设 setSleepMode()，no OFF() ，SPI.end(), digitalWrite(SPI_CS=10, LOW)，58uA
  • 将 RST 拉低，4.4uA ！泪流满面。。。 2019/05/31 16:16

6 Reference

• https://github.com/rocketscream/Low-Power/blob/master/LowPower.cpp
• http://www.home-automation-community.com/arduino-low-power-how-to-run-atmega328p-for-a-year-on-coin-cell-battery/
• https://andreasrohner.at/posts/Electronics/How-to-modify-an-Arduino-Pro-Mini-clone-for-low-power-consumption/