ESP32의 전력 소모는 절전 모드로 줄일 수 있습니다.

ESP32는 놀라운 장치입니다. 수백 메가헤르츠에서 정보를 처리하고 WiFi 및 Bluetooth 통신이 가능하며 GPIO 핀을 사용하여 다양한 작업을 수행할 수 있습니다. 하지만, 강력한 성능은 높은... 전력 소모와 함께 온다고 할 수 있습니다.

공정하게 말하자면, ESP32의 전력 소비는 실제로 십 년 전의 유사한 장치들과 비교할 때 상당히 낮습니다. 그러나 현대 IoT 응용 분야에서는 특히 배터리가 포함된 경우, 완전히 전원을 공급받을 때 수백 밀리암페어의 전류를 소비하여 상대적으로 전력 소모가 큰 편입니다.
 
기쁜 소식은 ESP32가 수면 및 휴면 모드 시스템을 갖추고 있다는 것입니다. 이러한 모드를 신중하게 사용하면 ESP의 전력 요구를 완화하거나 적어도 짧은 활동의 동안에 제한할 수 있습니다.

수면 모드

ESP32 딥 슬립 및 기타 전원 모드는 아래 차트에서 데이터 시트에 따른 것입니다:

ESP32는 다섯 가지 저전력 모드를 가지고 있습니다: ESP32 모뎀 슬립, 라이트 슬립, 딥 슬립, 하이버네이션, 그리고 전원 끄기입니다. 모뎀 슬립과 딥 슬립에는 여러 가지 하위 모드가 있으며, 활성 처리 능력에 따라 여러 가지 전력 소비율이 있습니다. 하이버네이션은 일정 시간 후 깨어나기 위한 RTC를 제외하고 칩의 거의 모든 기능을 정지시킵니다. 전원 끄기 모드는 CHIP_PU 핀이 낮게 설정될 때 활성화되며, 다시 처리하기 위해서는 외부 상호작용이 필요합니다.
 
이 모든 것의 결론은 ESP32의 저전력 모드가 전원을 끄는 것을 제외하고 68mA에서 5µA 또는 각각 .068A와 .000005A 사이를 소비할 수 있다는 것입니다. 불안한 점은 각 모드가 ESP32의 유용성을 제한한다는 것입니다, 아래에 언급된 대로:

• 모뎀 슬립: 무선 통신이 차단됩니다.
• 라이트 슬립: CPU가 멈추지만 메모리 상태를 유지합니다.
• 딥 슬립: ESP32의 주 메모리가 꺼집니다. 제한된 양의 RTC 메모리가 유지되며 깨어날 때 사용할 수 있습니다. 세 가지 딥 슬립 하위 모드 중 두 가지에서 ULP 프로세서가 활성 상태이며 간단한 작업 실행과 입력 모니터링을 허용합니다.
• 하이버네이션: 깨어나기 위해 RTC와 소수의 GPIO 핀만 활성 상태로 남습니다. 메모리는 유지되지 않습니다.
• 전원 끄기: 외부에서 켜야 합니다. 대부분의 상황에서 1µA의 전력 소비는 무시할 만합니다.

ESP32 딥 슬립 개발 보드 차이점

전력 소비에 대해 논의할 때, ESP32 칩이나 모듈은 전자 제품의 일부에 불과합니다. 실험을 위해 개발 보드를 사용할 가능성이 높고, 보다 완성된 전자 설계를 위해서는 IoT "thing"을 작동시키기 위한 관련 부품의 사용자 지정 배치가 필요합니다. 주의 깊은 프로그래밍을 통해 ESP32를 사용하는 것은 매우 전력 효율적일 수 있지만 주변 전자 제품은 신중하게 고려해야 합니다.
 
이 점을 설명하기 위해 Adafruit HUZZAH32 ESP32 개발 보드를 전원 공급 장치와 전류 측정 장비에 연결하고 DFRobot DFR0478 ESP32 보드를 함께 연결했습니다. 두 보드는 이 ESP32 복합 영상 시계 포스트에 등장했으며, 다소 틈새 용도로 다르게 성능을 발휘했습니다. 아마도 전력 효율이 두 보드 간의 차별화된 특징으로 증명될 수도 있습니다.
 
이를 시험하기 위해 수정된 “TimerWakeUp” ESP32 Arduino 예제 스케치를 사용하여 깊은 수면 상태로 들어가 깨어나서 내장된 LED 빛을 비추고 다시 수면 상태로 들어가 주기를 다시 시작하게 하였습니다. 5.3V가 각 보드에 공급되어 ESP32에 필요한 ~3.3 전압 수준으로 변환되었습니다. 소비 결과는 다음과 같습니다:

공정하게 말하자면, 실제 IoT 사용을 더 잘 시뮬레이션하려면 배터리 포트의 전류를 측정했어야 했습니다. 그럼에도 불구하고, 이 시나리오에서는 DFR0478 FireBeetle 보드가 슬립 모드에서 상대보다 훨씬 더 효율적임이 나타납니다.
 
HUZZAH32는 딥 슬립 동안 배터리 전원에서 7000µA (7mA)를 소비하며, 이는 제 실험에서 측정한 것과 대략적으로 일치합니다. Andreas Spiess의 분석에 따르면 DFR0478은 딥 슬립 상태에서 배터리에서 보고된 바에 따르면 53µA (.053mA)의 전류를 소비하는 것으로 나타났습니다. 이는 제가 DFR0478에서 측정한 것보다 훨씬 많지만, 그의 보고서는 다른 전원 입력과 보드의 이전 버전(제가 테스트한 4.0이 아닌 2.0)을 사용하고 있습니다. 이 측정은 또한 저의 멀티미터가 보고할 수 있는 하한을 밀고 있으며 이는 정확성에 영향을 미칠 수 있습니다. 마지막으로, 테스트된 FireBeetle는 WROOM-32D ESP32 모듈을 사용하는 반면, HUZZAH32는 WROOM-32E를 사용합니다.
 
그 모든 이야기를 했지만, 테스트된 두 보드 사이에는 차이가 크며, 이는 ESP32를 지원하는 회로가 전력 소비에 극적인 영향을 미칠 수 있음을 잘 보여주는 예입니다.

ESP32 전력 소비, 수면 모드로 제어됨

ESP32는 작동하기 위해 상대적으로 많은 전력이 필요할 수 있는 매우 강력한 장치입니다. 그러나 신중한 프로그래밍을 통해 이 장치 중 하나를 배터리로 몇 주, 몇 달, 또는 그 이상 사용할 수 있도록 할 수 있습니다. 핵심은 저전력 설계에 관련된 타협점을 이해하는 것이며, 여전히 수용 가능한 성능을 달성하면서 제외할 수 있는 요소를 이해하는 것입니다.