【Ameba Arduino】省电模式（1-1）--省电秘籍

Ameba_Arduino

转载声明：原文链接 http://makerpro.cc/2016/03/ameba-series-1-1-power-saving-mode/
作者：柯大
为了创造更省电的物联网设备，瑞昱阿米巴（Ameba）开发板加入了省电模式，并提供Arduino开发环境不同的省电API，让设备可以轻易的以电池或太阳能电板维持很长时间的正常运作，以下来介绍实作方式。

6种省电API
Realtek在2016/02/19发布的Ameba IoT/Arduino Solution Version 1.0.5版本中，新增了对Ameba开发板的省电API，共6组API:

要使用Ameba的省电功能，需要在程序中添加一下头文件：
#include <PowerManagement.h>
API 功能说明：
1.        void sleep():
呼叫这个API之后，就允许系统在闲暇的时候进入sleep（但不一定会马上进入sleep），如果Ameba开着WiFi，依照802.11的省电模式定时wake up来听AP发出来的beacon，收完之后如果没事就会继续进入sleep。
如果WiFi资料量比较大的时候，WiFi会离开802.11的省电模式，此时系统也不会进入sleep，所以开着WiFi的耗电量会因为资料量与WiFi环境的干净程度有关。
2.        void active():
呼叫这个API等于是关掉sleep功能，闲暇时间也不允许Ameba sleep。
3.        void deepsleep(uint_32_t duration_ms):
这是最省电的模式，几乎将Aemba所有岛区（岛区概念请见【Ameba Arduino】省电模式前编--认识基础概念）都关闭，经过duration_ms之后会从头开始执行，像是经过reset一样，呼叫这个API之后会马上进入deepsleep。
4.        void setPllReserved(bool reserves):
当Ameba进入sleep，如果PLL clock关掉，会让一些周边设备（ex. UART, I2C, SPI…）无法接收资料，目前预算是保留PLL不关掉，适合关掉的情况：（1）没有用到这些周边设备，（2）用到这些周边设但不需要在Ameba进入sleep之后还接收资料。关掉省电约5.5mA，算是自己需要取舍的电量。
5.        void softReset():
呼叫之后会马上重新开机，这是软件行为，电路上并没有重新上电。
6.        void safeLock():
当Ameba进入deepsleep，会无法烧录程序，为了避免使用者写出的程序开机Ameba即计入deepsleep，所以使用D18这个PIN当做保护，当D18这根PIN被接到GND,就会防止Ameba进入deepsleep或者sleep。
回传值：
True：D18 is connected to GND
False:  D18 is not connected to GND
注：因为Ameba进入deepsleep之后就无法烧录程序，在deepsleep的API里面我们将D18这个PIN当做避免Ameba进入deepsleep的PIN脚，只要将D18接GND，并且从开机即可重新烧录程序。

Ameba常用的省电模式
Ameba提供许多省电模式，最常用的是deepsleep与sleep。
1.        deepsleep mode
当Ameba进入deepsleep mode，会让Ameba出于最省电的模式，他的耗电会小于20uA, 此时大部分元件都关掉了，但低解析度的timer仍然运作并且用来唤醒Ameba。这种模式适合定时运作的情况，像是每个小时起来测量一次温湿度，送出资料，再回到deepsleep。
2.        sleep mode
这个模式是Ameba可以维持WiFi连线的省电模式，它的耗电会因为WiFi资料量有无以及WiFi环境的干净程度有所不同，但是瞬间最低电流会在2.5mA, 任然是相当省电的模式。这种应用适合要远端操控Ameba的情况，像是用手机通过网络通知Ameba马上测量一次温湿度，再回传结果。
省电模式例程
范例一：让Ameba出于WiFi连接的省电模式
Ameba的deepsleep无法让WiFi保持连线状态，如果想让Ameba省电，并且保持WiFi连线，可以使用sleep API。
打开范例“File” -> “Examples” -> “AmebaPowerSave” -> “SleepWithDHTUdpServ”
范例里一样需要设定连线AP的SSID和password。
这个范例里，Ameba会先建立WiFi连线，进入sleep省电模式，Ameba会当做UDP server，每当收到UDP封包内容为’H’，就回传湿度，接收到UDP封包为’T’就回传温度。
与deepsleep不同的地方是，当Ameba开启sleep模式，会自己寻找可以睡眠的时间，所以整个睡眠与醒来的动作都是自动的，无需使用者干预。
当Ameba连线之后，我们参考之前测试TCP/UDP的工具Sokit设定Ameba的ip&port。我们没分钟轮流获取一次温湿度，可以看到Ameba的反应。

这个范例会侦测D18这个防止进入睡眠的pin脚，如果D18被GND,就不会让Ameba进入sleep模式，于是我们可以测量两种耗电：

注：实际情况里，不会用到那么多，它会因为升压转换造成能力损失，也会因为电池电压随时间而降低造成无法使用到全部的容量。
这里的数据会因为网路状况而不同，让Ameba保持连线的情况下回避让Ameba进入deepsleep要耗电；但让Ameba保持连线来提供使用者做远程操控，这是deepsleep无法做到的，这需要视使用者的应用而定。
范例二：将DHT资料上传到LASS之后进入睡眠
使用Ameba通常都会使用到它的WiFi功能，实际的省电使用情况也会因为如何使用WiFi功能二有所不同。这个范例会先测量DHT的温湿度数据，打开WiFi并连上AP，取得NTP时间，连上LASS的MQTT server，将测量的温湿度数据上传，再进入deepsleep，每10分钟重复这样的动作。
打开范例“File” -> “Examples” -> “AmebaPowerSave” -> “DeepSleepWithDHTLass”修改程序相关设定：
– DHT的型號：DHT11/DHT22/DHT21
– 連上AP的方式：ssid, password
– 目前的GPS位置：latitude & longitude
编译上传之后，测量到的耗电会因为许多因素影响，包括WiFi环境的干净与否，连线是否顺畅，server是否马上回应。但一般应该会在10多秒内完成。
范例测试的结果里，我上传所花的时间是13s，量得的Ameba module耗电平均为1.3mA。这个数据比范例“DeepSleepWithDHT”要大上许多，因为Ameba在工作模式下的耗电通常大于29mA，甚至在WiFi连线时68mA左右，与deepsleep的0.018mA相比，我们要让Ameba尽量维持在deepsleep才会取得最大的省电效益。
为了比较未省电的情况，我们将程序修改如下，让它平常保持WiFi连线，每10分钟测量一次，然后上传至LASS的MQTT server：
void setup()
{
dht.begin();
initializeWiFi();
initializeMQTT();
}
void loop()
{
if (gatherHumidityAndTemperature() == DATA_CNT_FOR_UPLOAD) {
retrieveNtpTime();
if (!client.connected()) {
reconnectMQTT();
}

publishResults();
pDhtData-&gt;dataCount = 0;
}

// store data back to flash memory
FlashMemory.update();
delay(measureInterval * 1000);
}
这中方式测量到的平均耗电为67mA，和我们用2颗AA电池比较耗电

可以看到沒省電的情況下只能用一天，但經過省電並且單獨供電給Ameba module可以使用2.8個月。


关于更多介绍请访问官方主页：http://ameba.realsil.com.cn/
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