Энергопотребление ESP(новое)

[nikolz]

В последнее время обнаружил, что с новым SDK ESP8266 стал заметнее лучше работать.
Поэтому провел новые исследования времени активности ESP8266 в режиме deep-sleep.
И вот что получил:

Как видим минимальное время активности сократилось до 320 ms.
Ранее получалось в основном 510 ms.
Как видим из рисунка, теперь ESP уходит в сон сразу после обмена данными с сервером.
--------------------------
Схема все та же:
ESP8266+DS1820
алгоритм:
просыпаемся
измеряем температуру и напряжение питания
передаем по UDP на сервер
принимаем ответ, если получили новое время сна, то запоминаем его
ложимся спать
---------------------------------------------
это новые данные без опроса датчика, посылка сообщения и прием ответа от сервера:

А это для алгоритма проснулись и снова спать:

------------------------------------------------------
это связь по WIFI на каждое восьмое просыпание:

 

[nikolz]

Информация к размышлению:
Выкладываю результаты исследования потребляемого тока eSP от батарейки(две штуки в сумме 2.5 в(не новые) при управлении током заряда суперконденсатора и без управления.

Пояснения графика:
импульсы тока батарейки до 300 ма - это обычный режим работы от батарейки через повышающий преобразователь.Напряжение питания ESP=3.6 в.
Если ESP теряет роутер, то время активности 1-2 сек иначе активность 0.35 сек.
Импульсы амплитудой 50 ма, на участке времени от 354 сек до 532 секунды - это ток потребления ESP при управлении током заряда суперконденсатора.
Выход из сна каждые 30 секунд.
Управление зарядом осуществляется 20 секунд.
Чтобы не захламлять картинку, на графиках не показаны участки, где ток потребления меньше 4 ма.
При управлении зарядным током максимум тока батареи не превышает 50 ма.

 

[pvvx]

Пересчитайте пожираемую энергию для соединения в нормальный вид (Дж) и нормальные условия, да приложите исходники. Тогда хоть кто сможет сравнить.
А пока на вашем графике только и видно, что ESP8266 жрет немерянно и новой батарейки AAA (щелочной) не хватит и на день (просадят её импульсы в 300 mA и будет всё виснуть).
Стандартно, в современной литературе, для множества современных модулей WiFi SoC в режиме неторопливой загрузки (~200 кбит/s) пиковое потребление при сглаживании простым стабилизатором с емкостями принимается в 115 mA. У вас за 300, а это требует большой АКБ, несоразмерный цене модуля.

Спойлер: Условия теста

Тест на требуемую энергию (в Дж) для соединения модуля (название) с внешней AP в SDK xxx.
Условия для теста:

1. Никаких включений энерго-понижающих функций за время исполнения тестовой последовательности.
2. Никаких модификаций функций SDK (используются только базовые функции).

Тестовая последовательность (в дальнейшем для сравнения c другими модулями):

1. Включение питания или просыпание модуля из deep_sleep.
2. Включение/полная инициализация WiFi драйвера (с оповещением по стандарту WiFi + Активное сканирование AP на всех каналах).
3. Подключение к внешней AP с шифрованием WPA2/AES.
4. Запрос и получение модулем IP по DHCP от внешней AP.
5. Получение времени по запросу SNTP через DNS c pool.ntp.org.
6. Вывод времени на UART или другие интерфейсы.
7. Отключение от внешней AP по стандарту WiFi.
8. Переход в deep_sleep или полное отключение питания.

 

[nikolz]

Пересчитайте пожираемую энергию для соединения в нормальный вид (Дж) и нормальные условия, да приложите исходники. Тогда хоть кто сможет сравнить.
А пока на вашем графике только и видно, что ESP8266 жрет немерянно и новой батарейки AAA (щелочной) не хватит и на день (просадят её импульсы в 300 mA и будет всё виснуть).
Стандартно, в современной литературе, для множества современных модулей WiFi SoC в режиме неторопливой загрузки (~200 кбит/s) пиковое потребление при сглаживании простым стабилизатором с емкостями принимается в 115 mA. У вас за 300, а это требует большой АКБ, несоразмерный цене модуля.

Спойлер: Условия теста

Тест на требуемую энергию (в Дж) для соединения модуля (название) с внешней AP в SDK xxx.
Условия для теста:

1. Никаких включений энерго-понижающих функций за время исполнения тестовой последовательности.
2. Никаких модификаций функций SDK (используются только базовые функции).

Тестовая последовательность (в дальнейшем для сравнения c другими модулями):

1. Включение питания или просыпание модуля из deep_sleep.
2. Включение/полная инициализация WiFi драйвера (с оповещением по стандарту WiFi + Активное сканирование AP на всех каналах).
3. Подключение к внешней AP с шифрованием WPA2/AES.
4. Запрос и получение модулем IP по DHCP от внешней AP.
5. Получение времени по запросу SNTP через DNS c pool.ntp.org.
6. Вывод времени на UART или другие интерфейсы.
7. Отключение от внешней AP по стандарту WiFi.
8. Переход в deep_sleep или полное отключение питания.

Расчет затрат энергии я приводил на форуме раньше. Пока ничего не изменилось.
Я разве что-нибудь написал о времени работы?
Я лишь показал Вам, что управление зарядом супер кондера позволяет снизить пики потребляемого тока с 300 ма в разы.
--------------------------------------------
Вы не поняли или шутите?
----------------------------------------------------
Поэтому поясняю для тех кто в танке.
На графике есть два режима работы.
Измеряю ток батарейки с помощью INA219 квант времени 1 ms.
по оси времени - секунды
сначала от 0 до 353 секунды работает батарейка и повышающий DC и суперкондер.
Так как напряжение батарейки 2.5 в а напряжение на ESP 3.6 то 300ма батарейки - это 200 ма ESP
Энергия берется с батарейки и с суперкондера.
--------------------------------------
от 354 до 658 секунды включена схема управления зарядом суперконденсатора.
Как видим импульсы снизились до 50 ма . При длительной работе (графики не выкладывал) величина импульса может быть и выше в зависимости от длительности активного режима работы.
После 658 секунды режим управления зарядом выключен и показан первоначальный режим.
--------------------------
Резюме:
Управление зарядом суперконденсатора позволяет существенно снизить пики тока.
Других выводов (про то на сколько хватит батарейки) я не делаю, это Ваша фантазия.
Я вам показал ровно то, что хотел.
А Ваши хотелки - это Ваше право.

 

[pvvx]

Расчет затрат энергии я приводил на форуме раньше. Пока ничего не изменилось.

В том-то и дело, что ничего не изменилось - как не было данных по энергии необходимой ESP8266 для связи с AP, так и нет.

Я разве что-нибудь написал о времени работы?
Я лишь показал Вам, что управление зарядом супер кондера позволяет снизить пики потребляемого тока с 300 ма в разы.
--------------------------------------------
Вы не поняли или шутите?
----------------------------------------------------
Поэтому поясняю для тех кто в танке.
На графике есть два режима работы.
Измеряю ток батарейки с помощью INA219 квант времени 1 ms.
по оси времени - секунды
сначала от 0 до 353 секунды работает батарейка и повышающий DC и суперкондер.
Так как напряжение батарейки 2.5 в а напряжение на ESP 3.6 то 300ма батарейки - это 200 ма ESP
Энергия берется с батарейки и с суперкондера.
--------------------------------------
от 354 до 658 секунды включена схема управления зарядом суперконденсатора.
Как видим импульсы снизились до 50 ма . При длительной работе (графики не выкладывал) величина импульса может быть и выше в зависимости от длительности активного режима работы.
После 658 секунды режим управления зарядом выключен и показан первоначальный режим.
--------------------------
Резюме:
Управление зарядом суперконденсатора позволяет существенно снизить пики тока.
Других выводов (про то на сколько хватит батарейки) я не делаю, это Ваша фантазия.
Я вам показал ровно то, что хотел.
А Ваши хотелки - это Ваше право.

Ну вот и пояснили, но кода нет и не проверить - наверно это ваши хотелки и графики от руки?
От 2.5В ESP8266 прекрасно работает и жрет меньше, чем вы указываете. При батарейном питании от 2-х элементов 1.5В стабилизаторов не требуется. Зачем терять энергию на преобразователь DC-DC?
Большой электролит + 2 батарейки и ESP8266 "работает".
При питании ESP8266 от 1.8В размах на антенне при передаче падает в 2 раза, по отношению с питанием в 3.6В. Это сильно не сказывается на дальность передачи.

 

[nikolz]

Информация к размышлению.
------------------------------------
Чтобы не тратить батарейки зря я заменил их источником питания на 3.3 вольта.
Напряжение на выходе преобразователя 3.75 вольт, напряжение на суперкондере и ESP -3.5 вольта
---------------------------------------
Цель следующего эксперимента проверить какой средний и импульсный ток ток можно получить при работе от источника через повышающий преобразователь и суперкондер в 1 фараду.
Для ограничения пикового тока заряда, управляемый заряд суперконденсатора через резистор в 22 ом (значение резистора взял с потолка).
Режим работы ESP аналогично предыдущему эксперименту:
т е время сна 30 секунд время активности от 2 до 0.35 сек (зависит от качества связи)
Управляемый заряд 20 секунд. В оставшееся время т е 10 секунд ток потребления от источника питания равен 0.3 мка.

ESP посылает UDP на сервер на компе.сервер подтверждает прием.
Серверу передается Напряжение питания ESP замеренное внутренним АЦП ( в первой строке это 3054,и время затраченное от рестарта до приема ответа это 152369 мкс в первой строке) .
Вот отрывок протокола сервера на компе.

----------------------------
А теперь результат:
График нелинейно сжат по оси времени без потери экстремумов.

Средний ток потребления 8 ма, импульсный не более 25 ма.
-------------------------------

 

[pvvx]

Средний ток потребления 8 ма, импульсный не более 25 ма.

Т.е. в стандарт BLE не лезет. (Максимально потребляемый ток <15 мА)
И смысл так мучатся, если даже у RTL серии "A" включение wakelock "понижает его до средних к 1.2 мА с “просыпанием” на обработку всех событий""
А у серии "B": Если WiFi отключить и дать команду "TICKPS r", то INA219 с резистром 0.1 Ом измерить потребление не может (менее 0.2 мА).

На роутере или USB свистке на компе поставьте прием beacon-ов на каком канале и распечатку имени станции от фиксированного MAC модуля. При включении модуля пересылайте только составленный пакет beacon с неизменным MAC и текстом имени AP, в котором отображается ваше передаваемое значение. Хотя это не совсем корректно, и будет сбивать другим пакеты в канале, но любой роутер или USB-свисток можно обучить это делать и пакеты являются стандартными для WiFi. При этом настаивать WiFi и соединяться с роутером не требуется. Всего передача модулем одного пакета (можно с дублем), в котором текстом вписано напряжение с ADC или ещё чего, с ID по MAC. Получите почти аналог BLE
Всё аналогично и при использовании Probe request frame.

У вас же роутер используется ради обслуживания одного ESP8266, иначе всё равно он будет мешать другим, а связь с передачей данных от датчика основана на UDP и они всё равно теряются...

Принять и посмотреть такие пакеты можно и в программе Acrylic Wi-Fi Professional и подобных.

 

[pvvx]

@nikolz - есть какие рекомендации в оптимальной запитке от "тяговой" батарейки в более 200В? Ныне только такие у меня в разных авто (я не могу ездить одновременно на всех и заряжать их), и хотелось бы повесить туда контроль некой фигни c выдачей по WiFi.
На "стартовую" батарею (12В) не устраивает - нужна другая шина. А там, на "стартерной" и так уже висит масса потребителей во время простоя и она там слабая - до 10 A/ч (служит для запуска оборудования и "лампочек" типа "аварийки", сигнализаций и поддержки брелков, стартера нема, как и коробки, сцеплений и прочего древнего барахла. В итого еле выдерживает простои авто более месяца в российских условиях (-40С...)). Если брать обычный DC-DC, то у них большие потери при перекидывании с более 200В в 3.3В, а лезть в сам батарейный отсек нет никакого желания - на них гарантия обычно в 8 лет... и она тянет значительно больше при простое авто и -40С, и пользователь её отключить не может - только аварийным ключем .
Т.е. тема актуальная для всех новых авто...

 

[sharikov]

@nikolz - есть какие рекомендации в оптимальной запитке от "тяговой" батарейки в более 200В?
...
Если брать обычный DC-DC, то у них большие потери при перекидывании с более 200В в 3.3В

200 в 3.3 в лоб с приличным кпд и за разумные деньги не перекинуть (нужен синхронный выпрямитель а это практикуют для мощных бп).
Попробуйте двухступенчатое преобразование 200->12+, 12+->3.0
WiFi Soc что RTL что ESP отлично пашут от 3.0V.
Начинать нужно с выбора преобразователя 12+ ->3.0
Это должен быть высокоэффективный преобразователь (т.е синхронник) с как можно большим Vin. Чем выше Vin тем меньше будут потери в высоковольтной ступени.
Преобразователь 200->12+ придется делать на основе чипов стандартных сетевых БП. Выбирайте те которые оптимизированы для работы в режиме standby.

 

[pvvx]

200 в 3.3 в лоб с приличным кпд и за разумные деньги не перекинуть (нужен синхронный выпрямитель а это практикуют для мощных бп).
Попробуйте двухступенчатое преобразование 200->12+, 12+->3.0
WiFi Soc что RTL что ESP отлично пашут от 3.0V.
Начинать нужно с выбора преобразователя 12+ ->3.0
Это должен быть высокоэффективный преобразователь (т.е синхронник) с как можно большим Vin. Чем выше Vin тем меньше будут потери в высоковольтной ступени.
Преобразователь 200->12+ придется делать на основе чипов стандартных сетевых БП. Выбирайте те которые оптимизированы для работы в режиме standby.

В принципе, проблема стандартных DC-DC в холостом токе. Когда уже идет потребление в расчетной норме, то 80% КПД нормально. А модуль засыпает - ему нечего делать постянно, но 3.3 в пару мка надо держать. Резистром с 200в как-то некомфортно... Вот этот холостой ток, как утечку, и хочется устранить или минимизировать, как и холостой ток на цепи запуска DC-DC. Ставить Ni-Cb АКБ тоже нет желания, т.к. сохраняются те-же проблемы - холостой ток зарядника.
Просто я ещё не приступал к поиску оптимума решению, а решил вдруг, кто чего подскажет или ляпнет какую ерунду, приводящую к нормальному решению

 

[nikolz]

@nikolz - есть какие рекомендации в оптимальной запитке от "тяговой" батарейки в более 200В? Ныне только такие у меня в разных авто (я не могу ездить одновременно на всех и заряжать их), и хотелось бы повесить туда контроль некой фигни c выдачей по WiFi.
На "стартовую" батарею (12В) не устраивает - нужна другая шина. А там, на "стартерной" и так уже висит масса потребителей во время простоя и она там слабая - до 10 A/ч (служит для запуска оборудования и "лампочек" типа "аварийки", сигнализаций и поддержки брелков, стартера нема, как и коробки, сцеплений и прочего древнего барахла. В итого еле выдерживает простои авто более месяца в российских условиях (-40С...)). Если брать обычный DC-DC, то у них большие потери при перекидывании с более 200В в 3.3В, а лезть в сам батарейный отсек нет никакого желания - на них гарантия обычно в 8 лет... и она тянет значительно больше при простое авто и -40С, и пользователь её отключить не может - только аварийным ключем .
Т.е. тема актуальная для всех новых авто...

А блокинг разве не решает эту проблему? цена железа 1 доллар. .
Берем зарядник на блокинге и выкидываем высоковольтный выпрямитель.

 

[tretyakov_sa]

А блокинг разве не решает эту проблему? цена железа 1 доллар. .
Берем зарядник на блокинге и выкидываем высоковольтный выпрямитель.

А зачем выпрямитель выключать?

 

[nikolz]

А зачем выпрямитель выключать?

экономим детали и освобождаем место.

 

[pvvx]

экономим детали и освобождаем место.

Там пусковой резистор прямо на 310В стоит - подает начальное питание для каскада запуска. КПД 1%
+ Холостой ток, когда устройство спит - там наверно для средних БП КПД 0.1%. Не умеют трансформаторники давать линейное поддерживаемое питание, когда нет нагрузки - там пила, т.к. один минимальный переданный импульс энергии (ключом с трансом) обычно ограничен каким-то уровнем, заданным и зависящим от максимальной мощности этого БП и его потерь на детальках.
Т.е. нужен другой БП на поддержку sleep и ключ включения большого БП.
В итого многовато набирается... Некрасиво.
Так-же я прекрасно знаю, что можно sleep запитать и с резистора - всё равно саморазряд Ni АКБ достаточно большой и потери на проводке в старом грязном АВТО тоже больше. Силовой АКБ живет дольше, т.к. у него А/часов дофига - ему же надо авто от тонны тащить, да с диким крутящий моментом за 400 Нм... Если даже гибрид с ДВС, то все равно заряда на 1 км минимум (иначе нет смысла даже для гибрида - не даст экономии с переходными режимами ДВС) .

 

[nikolz]

Там пусковой резистор прямо на 310В стоит - подает начальное питание для каскада запуска. КПД 1%
+ Холостой ток, когда устройство спит - там наверно для средних БП КПД 0.1%. Не умеют трансформаторники давать линейное поддерживаемое питание, когда нет нагрузки - там пила, т.к. один минимальный переданный импульс энергии (ключом с трансом) обычно ограничен каким-то уровнем, заданным и зависящим от максимальной мощности этого БП и его потерь на детальках.
Т.е. нужен другой БП на поддержку sleep и ключ включения большого БП.
В итого многовато набирается... Некрасиво.
Так-же я прекрасно знаю, что можно sleep запитать и с резистора - всё равно саморазряд Ni АКБ достаточно большой и потери на проводке в старом грязном АВТО тоже больше. Силовой АКБ живет дольше, т.к. у него А/часов дофига - ему же надо авто от тонны тащить, да с диким крутящий моментом за 400 Нм... Если даже гибрид с ДВС, то все равно заряда на 1 км минимум.

Может быть сначала стоит задачу сформулировать?
А то у Вас все "про там" .
где пусковой резистор стоит?
Про какую схему говорим?
---------------------------------------
Или это так, про тяжелую жизнь?

 

[pvvx]

Может быть сначала стоит задачу сформулировать?
А то у Вас все "про там" .
где пусковой резистор стоит?
Про какую схему говорим?

В любом БП 220/3.3В, в котором вы предложили выкинуть д.мост.

Общая задача - минимизация потребления БП с источника постоянного тока напряжением 200..300В с поддержкой sleep питаемого устройства. В основном режим sleep, при нормальной работе устраивает и 80% КПД c токами 100..1A 3.3В. В режиме sleep - до сотни мкА 3.3В с как можно меньшими пульсациями.

Вот первая попавшая схема по поиску, даже без стабилизации выхода , отметил зеленым:

 

[nikolz]

В любом БП 220/3.3В, в котором вы предложили выкинуть д.мост.

Общая задача - минимизация потребления БП с источника постоянного тока напряжением 200..300В с поддержкой sleep питаемого устройства. В основном режим sleep, при нормальной работе устраивает и 80% КПД c токами 100..1A 3.3В. В режиме sleep - до сотни мкА 3.3В с как можно меньшими пульсациями.

А переменного напряжения в источнике нет? Еже ли 300 есть, то возможно есть переменное?

 

[pvvx]

А переменного напряжения в источнике нет? Еже ли 300 есть, то возможно есть переменное?

Нету - для этого и указал, что разговор идет о автомобилях. Через пару лет будут только такие у всех - с батарейкой, гибрид или полный электро...

Вся беда в том, что sleep режим требует мощности от БП с отношением более чем в 10000 раз менее рабочего режима. А такого диапазона работы с нормальным КПД у обычных DC-DC нет.

 

[nikolz]

Нету - для этого и указал, что разговор идет о автомобилях. Через пару лет будут только такие у всех - с батарейкой, гибрид или полный электро...

----------------------
Если не готовый брать, то как вариант понижающий например на TNY263 ...8(кпд 75%) или блокинг на транзисторе (кпд примерно 70%) а далее суперкондер и управляемая схема заряда ток в режиме слип до 50 мка, после заряда. Если для ESP то для заряда надо секунд 30 или меньше зависит от мощности источника.



так лучше

 

[pvvx]

так лучше

Ток при холостом ходе по входу (310В) ? (к примеру нагружен ESP8266 в deep_sleep).
У данного типа он больше, т.к. у схем с собственной запиткой при рабочем режиме, требуется начальный ток только для накопления энергии первого пульса...

Остальное, со схемой, аналогичной приведенной вами там: Обзор WIS473MA-UART
И стабилизации у таких схем хватает только на светодиоды +- 50%


А с собственной запиткой есть варианты с 6.6 МОм:

Но всё остальное, как всегда и не годится...

На тот-же ESP8266 в режиме deep_sleep c 200 постоянных В хватит и 200В/0.00001A = 20 000 000 Ом.
Но это типа БП c 3.3/200 % КПД