[아두이노] ESP32 deep sleep mode 전력 관리 (Timer)

요약
ESP32를 아두이노에서 deep sleep mode를 사용하여 전력관리 하는 방법에 대해서 알아보겠습니다.
Timer, Touch, External 3가지 방법이 있으며 이번 시간에는 Timer로 구현해 보겠습니다.

wokwi에서 deep sleep mode 사용하는 방법

wokwi에서 프로젝트 설정하는 방법은 ESP32 → 장치설정 → ESP32 웹에서 간단히 시뮬레이션 테스트 wokwi에서 확인하실 수 있습니다. (아래 링크로도 확인 가능합니다.) 

[ESP32/장치설정] - ESP32 웹에서 간단히 시뮬레이션 테스트 wokwi

ESP32 웹에서 간단히 시뮬레이션 테스트 wokwi

 

wokwi에 접속해서 먼저 프로젝트를 생성합니다.

 

바로 SAVE 하셔서 deepsleep 이름으로 지정해 줍니다.

 

Public으로 저장하시면 됩니다.(유료 결제하면 Private 할 수 있으나 그냥 Public으로 진행하는 게 좋습니다.

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Timer 기능으로 deep sleep mode 코드 작성

이번 시간에는 ESP32 내부 함수를 사용하여 별도로 추가해 줄 건 없습니다.

 

아래의 코드를 복사 붙여 넣기 해서 실행하면 됩니다.

#define uS_TO_S_FACTOR 1000000 // 마이크로초를 초로 변환하는 상수 정의
#define TIME_TO_SLEEP  10   // 슬립 타이머 설정 (10초)

RTC_DATA_ATTR int bootCount = 0; // 딥 슬립 모드에서도 값이 유지되는 변수 설정

void print_wakeup_reason(){ // 웨이크업 원인을 출력하는 함수
  esp_sleep_wakeup_cause_t wakeup_reason; // 웨이크업 원인을 저장하는 변수

  wakeup_reason = esp_sleep_get_wakeup_cause(); // 웨이크업 원인을 가져옴

  switch(wakeup_reason)
  {
    case ESP_SLEEP_WAKEUP_TIMER : Serial.println("Wakeup caused by timer"); break; // 타이머에 의한 웨이크업일 경우
    default : Serial.printf("Wakeup was not caused by deep sleep: %d\n",wakeup_reason); break; // 그 외의 경우
  }
}

void setup(){
  Serial.begin(115200); 
  delay(1000); 

  ++bootCount;
  Serial.println("Boot number: " + String(bootCount)); // 부팅 번호 출력

  print_wakeup_reason(); // 웨이크업 원인 출력

  esp_sleep_enable_timer_wakeup(TIME_TO_SLEEP * uS_TO_S_FACTOR); // 타이머 웨이크업 활성화
  Serial.println("Setup ESP32 to sleep for every " + String(TIME_TO_SLEEP) + " Seconds"); // 슬립 주기 출력

  Serial.println("Going to sleep now");
  delay(1000);
  Serial.flush(); 
  esp_deep_sleep_start(); // 딥 슬립 모드로 진입
  Serial.println("This will never be printed"); // 이 부분은 출력되지 않음
}

void loop(){
}

 

이제 시작을 눌러서 실행하면 됩니다.

wokwi에서는 데이터를 내부 칩에 저장할 수 있는 방법이 없어서 10초마다 무한 재부팅이 되고 boot number : 1로 표시됩니다.

 

잘못된 게 아니니까 그러려니 하시면 됩니다.

그림과 같이 Setup ESP32 to sleep for every 10 Seconds가 나오며 10초마다 deep sleep 된다는 것을 알 수 있습니다.

 

Wakeup was not caused by deep sleep : 0 ← 이 부분은 실제 보드에서 할 경우 Wakeup caused by timer라고 표시가 뜹니다.

 

아두이노 세팅 및 코드 작성

ESP32를 아두이노 세팅하는 방법은 ESP32 → 장치설정 → ESP32 아두이노 2 설치를 찾아가셔도 되고 아래의 링크로도 확인 가능합니다.  
[ESP32/장치설정] - ESP32 아두이노 2 설치

ESP32 아두이노 2 설치

 

코드는 wokwi에서 사용한 코드 그대로를 복사 붙여 넣기 해주면 됩니다.

 

업로드하시고 결과를 확인하면 wokwi와는 다르게 boot number 숫자가 계속 증가합니다.

 

그리고 Wakeup caused by timer라고 타이머에 의해 깨어났다고 표시됩니다.

 

여기서 ESP32 개발보드 자체에 있는 reset 버튼을 누르면 어떻게 될까요?

 

아래와 같이 버튼 형태로 RESET이라고 적혀 있는 걸 눌러보세요.

그림과 같이 Boot number 1로 초기화되고 Wakeup was not caused by deep sleep : 0라고 표시됩니다.

 

deep sleep이 아닌 파워 리셋을 했기 때문입니다.

 

아래 그림과 같이 DEEPSLEEP_RESET으로 할 경우 boot numer가 증가하고 POWERON_RESET으로 할 경우 초기화가 됩니다.

 

deep sleep mode는 주 사용되는 CPU는 꺼지지만 초저전력(ULP) 코프로세서는 wake up에 필요한 센서 값을 읽는 중이므로 주 CPU를 깨울 수 있습니다.

 

그리고 주 CPU와 함께 주 메모리도 비활성화되어 코드 내에서 메모리에 저장된 값이 모두 삭제되고 접근할 수 없습니다.

 

하지만 RTC_DATA_ATTR int bootCount = 0 코드는 RTC 메모리를 활성 상태로 유지하므로 bootCount 값은 유지됩니다.

 

아래의 사이트를 참고하시면 deep sleep에 대해서 좀 더 자세히 알 수 있습니다.

출처 : https://lastminuteengineers.com/esp32-sleep-modes-power-consumption/

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이렇게 ESP32에서 Timer를 활용하여 deep sleep mode를 구현하는 방법을 배웠습니다.

전력소모가 active mode 일 때 wifi 사용하면 160~260mA를 소모합니다.

AA 건전지 2개 직렬로 연결하면 평균 2500mAh 이므로 active mode 사용하면 대략 10시간 사용 가능합니다.

하지만 deep sleep mode를 구현하여 필요할 때 잠깐 깨우면 10uA 소모로 대략 10,000시간 넘게 사용할 수 있습니다.

wifi 데이터 ID, PW를 RTC 메모리에 저장하고 켤 때마다 wifi 접속도 가능하니 모든 시스템에 적용할 수 있습니다.

개발하실 때 시스템의 배터리 용량에 맞게 전력관리를 적절히 해주시면 됩니다.

 

오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다!