글 Jeremy Cook
ESP32는 놀라운 장치입니다. 수백 메가헤르츠로 정보를 처리하고, WiFi와 블루투스를 사용하여 통신하며, GPIO 핀으로 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 그러나 전력이 세다는 것은…소비 전력이 많다는 것을 의미하기도 합니다.
ESP32 전력 소비량은 실제로 10년 전의 유사한 장치에 비해 상당히 낮습니다. 그러나 최신 IoT 애플리케이션의 경우(특히 배터리가 관련된 경우), 완전히 전원이 공급될 때 수백 mA의 전류를 사용하는 상대적인 전력 낭비 요소가 될 수 있습니다.
좋은 소식은 ESP32 시스템에 절전 및 최대 절전 모드가 있다는 것입니다. 이러한 모드를 세심하게 사용하여 ESP의 전력 소비를 조절하거나 단시간에 작동하도록 제한할 수 있습니다.
절전 모드
ESP32 완전 절전 및 기타 전력 모드는 아래 차트에 나와 있으며, 데이터 시트에서 참조하였습니다.
ESP32에는 ESP32 모뎀 절전, 낮은 절전, 완전 절전, 최대 절전, 전원 끄기와 같은 다섯 가지 저전력 모드가 있습니다. 모뎀 절전 및 완전 절전에는 활성 처리 기능에 따라 전력 소비율이 다른 여러 개의 하위 모드가 있습니다. 최대 절전 모드는 RTC에서 설정된 시간 이후 절전 모드를 해제하는 것을 제외하고 칩의 거의 모든 기능을 중지합니다. CHIP_PU 핀이 낮게 설정되면 전원 끄기 모드가 작동하고 다시 처리를 시작하려면 외부 상호 작용이 필요합니다.
이 모든 것을 통해 ESP32의 저전력 모드로 전원 끄기에 상관없이 68mA~5µA 또는 .068A~.000005A 간에 소비할 수 있습니다. 단점은 다음과 같이 각 모드가 ESP32의 유용성을 제한한다는 것입니다.
전압 효과를 무시하고 소형 3.7V, 850mAh 충전식 배터리로 약 12.5시간 동안 모뎀 절전 모드에서 ESP32에 전원을 공급할 수 있습니다. 낮은 절전 모드는 1,000시간 넘게 지속될 수 있습니다. 중간 수준의 완전 절전 모드는 약 1년에 8,500시간의 실행 시간을 제공하는 반면, 최대 절전 상태는 이론적으로 약 20년 동안 유지될 수 있습니다. 물론 장치가 유용하기 위해서는 간헐적으로 해제되어야 하지만, 세심한 계획하에 ESP32를 설정하면 배터리 충전 사이의 수명이 매우 길어질 수 있습니다.
ESP32 완전 절전 개발 보드의 차이점
전력 소비에 대해 논의할 때 ESP32 칩 또는 모듈은 전자 제품의 한 부분일 뿐입니다. 실험의 경우 개발 보드를 사용할 것입니다. 보다 정교한 전자 설계의 경우, 관련 부품을 맞춤식으로 배열하여 IoT "사물"을 실행해야 합니다. 세심한 프로그래밍을 통해 ESP32를 사용하면 전력 효율이 매우 높을 수 있지만, 주변 전자 기기를 세심하게 고려해야 합니다.
이 점을 설명하기 위해 DFRobot DFR0478 ESP32 보드와 함께 Adafruit HUZZAH32 ESP32 개발 보드를 전력 공급 장치와 전류 측정 장비에 연결했습니다. 두 가지 모두 ESP32 복합 비디오 클록 포스트에 있으며, 틈새 사용 사례로 간주될 수 있는 상황에서 다른 성능을 보였습니다. 아마 전력 효율성도 둘 사이의 구별되는 특징일 것입니다.
이를 테스트하기 위해 완전 절전 모드였다가 해제된 후 온보드 LED 조명을 비춘 다음 절전 모드로 전환하여 주기를 다시 시작하는 수정된 "TimerWakeUp" ESP32 Arduino 예제 스케치를 사용하였습니다. ESP32에 필요한 ~3.3V 전압 수준으로 변환하기 위해 각 보드에 5.3V를 공급하였습니다. 소비량 결과는 다음과 같습니다.
| HUZZAH32: | 절전 = 6.6mA | 해제 = 43.2mA 해제 + LED = 44.6mA |
| DFR0478: | 절전 = .02mA | 해제 = 39.7mA 해제 + LED = 40.0mA |
엄밀히 말해 실제 IoT 사용에 대한 더 나은 시뮬레이션은 배터리 포트를 통해 전류를 측정하는 것이었을 수 있습니다. 그럼에도 이 시나리오에서는 DFR0478 FireBeetle 보드는 해당 보드보다 절전 모드에서 훨씬 더 효율적일 수 있습니다.
HUZZAH32는 완전 절전 모드 동안 배터리 전력에서 7,000µA(7mA)를 끌어오며, 이 수치는 실험에서 직접 측정한 수치와 유사합니다. Andreas Spies의 분석에 따르면 DFR0478은 완전 절전 모드일 때 배터리에서 보고된 53µA(0.053mA)의 전류를 끌어옵니다. 이는 DFR0478에서 측정한 것보다 훨씬 큰 수치이지만, 보고서에서는 다른 전력 입력과 이전 버전의 보드를 사용합니다(2.0 대 4.0). 이러한 측정은 멀티미터에서 계측할 수 있는 하한값 범위를 벗어나며, 이는 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 마지막 주의 사항으로, FireBeetle는 WROOM-32D ESP32 모듈을 사용하는 반면, HUZZAH32는 WROOM-32E를 사용합니다.
테스트한 두 보드 사이에는 상당한 차이점이 있으며, 이는 ESP32를 지원하는 회로가 전력 소비에 많은 영향을 미칠 수 있음을 잘 보여 줍니다.
절전 모드로 조절되는 ESP32 전력 소비
ESP32는 작동하는 데 상대적으로 많은 양의 전력을 필요로 하는 매우 강력한 장치입니다. 그러나 세심하게 프로그래밍하면 이러한 장치 중 하나를 배터리 전원으로 몇 주, 몇 개월 또는 그 이상 유지할 수 있습니다. 허용 가능한 성능을 달성하는 동시에 간과할 수 있는 부분 및 저전력 설계와 관련된 절충안을 파악하는 것이 핵심입니다.