低功耗与电池优化

ESP32 五种电源模式

IoT 设备往往依赖电池供电，低功耗设计直接决定设备寿命。ESP32 提供五种由高功耗到超低功耗的工作模式，理解每种模式的特性是优化电池寿命的基础。

深度睡眠（Deep Sleep）详解

深度睡眠是 IoT 设备最重要的省电手段。进入深度睡眠后，主 CPU、大部分 RAM 和外设全部断电，只有 RTC 时钟域（RTC 定时器、RTC 内存、RTC GPIO）保持供电。

唤醒源类型

深度睡眠完整示例

#include "esp_sleep.h"
#include "esp_log.h"
#include "driver/rtc_io.h"

static const char *TAG = "SLEEP";

/* RTC_DATA_ATTR：变量存储在 RTC SRAM，深度睡眠后保留 */
static RTC_DATA_ATTR int boot_count = 0;
static RTC_DATA_ATTR float last_temperature = 0.0f;

#define SLEEP_DURATION_S  600    // 10 分钟
#define WAKEUP_PIN        GPIO_NUM_33

void app_main(void)
{
    boot_count++;
    ESP_LOGI(TAG, "第 %d 次启动", boot_count);

    /* 判断唤醒原因 */
    esp_sleep_wakeup_cause_t cause = esp_sleep_get_wakeup_cause();
    switch (cause) {
        case ESP_SLEEP_WAKEUP_TIMER:
            ESP_LOGI(TAG, "定时器唤醒，上次温度: %.1f°C", last_temperature);
            break;
        case ESP_SLEEP_WAKEUP_EXT0:
            ESP_LOGI(TAG, "GPIO 唤醒（按键）");
            break;
        default:
            ESP_LOGI(TAG, "上电启动");
            break;
    }

    /* ── 执行业务逻辑（读传感器、上报数据）── */
    last_temperature = 25.6f;  // 模拟读取传感器
    ESP_LOGI(TAG, "数据已处理，准备进入深度睡眠");

    /* ── 配置唤醒源 ── */

    /* 1. 定时器唤醒 */
    esp_sleep_enable_timer_wakeup((uint64_t)SLEEP_DURATION_S * 1000000ULL);

    /* 2. GPIO 唤醒（GPIO33 低电平触发，需使用 RTC GPIO）*/
    rtc_gpio_pullup_en(WAKEUP_PIN);    // 上拉，按键接地
    esp_sleep_enable_ext0_wakeup(WAKEUP_PIN, 0);  // 0 = 低电平唤醒

    /* 进入深度睡眠 */
    ESP_LOGI(TAG, "进入深度睡眠 %d 秒...", SLEEP_DURATION_S);
    esp_deep_sleep_start();    // 不返回！
}

Light Sleep（浅睡眠）

Light Sleep 比 Deep Sleep 功耗稍高（约 0.8mA），但唤醒后无需完整启动流程（仅约 3ms），程序从调用 esp_light_sleep_start() 的下一行继续执行，RAM 和状态完全保留。适合需要频繁唤醒的场景（如每秒唤醒一次）。

void light_sleep_demo(void)
{
    while (1) {
        ESP_LOGI(TAG, "开始 5 秒浅睡眠");
        esp_sleep_enable_timer_wakeup(5000000);  // 5秒
        esp_light_sleep_start();    // ← 此处暂停 5 秒

        /* 唤醒后从这里继续，变量状态保留 */
        ESP_LOGI(TAG, "唤醒！继续执行...");
        /* 处理数据... */
    }
}

ULP（超低功耗）协处理器

ULP（Ultra Low Power Coprocessor）是 ESP32 内置的独立处理器，在深度睡眠中以极低功耗（100μA 以下）独立运行，可以读取 ADC、I2C 传感器，在满足条件时唤醒主 CPU。

#include "esp32/ulp.h"
#include "driver/rtc_io.h"
#include "ulp_main.h"    // 由 ULP 汇编程序生成

/* ULP 读取 ADC 并在超阈值时唤醒主 CPU */
/* ULP 程序用汇编或 C（ESP32-S2/S3 支持 C）编写 */
extern const uint8_t ulp_main_bin_start[] asm("_binary_ulp_main_bin_start");
extern const uint8_t ulp_main_bin_end[]   asm("_binary_ulp_main_bin_end");

void start_ulp_program(void)
{
    /* 加载 ULP 程序到 RTC 内存 */
    ulp_load_binary(0, ulp_main_bin_start,
        (ulp_main_bin_end - ulp_main_bin_start) / sizeof(uint32_t));

    /* 设置 ULP 唤醒间隔（每 100ms 运行一次） */
    ulp_set_wakeup_period(0, 100000);   // 100000 μs = 100ms

    /* 启动 ULP */
    ulp_run(&ulp_main - RTC_SLOW_MEM);

    /* 允许 ULP 唤醒主 CPU */
    esp_sleep_enable_ulp_wakeup();
    esp_deep_sleep_start();
}

电流实测与分析