ESPHome-YAMBMS项目中的ESP32性能优化实践

ESPHome-YAMBMS项目中的ESP32性能优化实践

项目背景

ESPHome-YAMBMS是一个基于ESP32/ESP32-S3的开源电池管理系统(BMS)监控项目，主要用于监控Victron SmartShunt和JK-PB BMS设备。在实际部署中，开发者发现ESP32 Devkit V1版本在同时连接多个设备时会出现性能问题。

性能问题表现

当ESP32 Devkit V1同时连接一个Victron SmartShunt(通过BLE)和三个JK-PB BMS设备时，系统会出现以下问题：

1. 设备每分钟左右会触发"Software Reset CPU"错误导致重启
2. 当尝试连接第二个BMS设备时，板子会重启5次后完全冻结
3. 系统日志显示频繁的软件复位

问题根源分析

经过项目维护者和社区成员的深入调查，发现问题的根源主要来自以下几个方面：

1. BLE组件资源消耗：ESP32的BLE协议栈实现会占用大量系统资源，特别是在同时连接多个BLE设备时
2. PSRAM配置问题：启用PSRAM会导致DRAM过度消耗，进而引发系统不稳定和崩溃
3. 硬件性能差异：不同厂商的ESP32开发板(即使是相同芯片)可能存在性能差异，这与天线设计、PCB布局等因素有关

解决方案与实践

1. 硬件选择建议

• 对于需要连接多个BLE设备的场景，推荐使用ESP32-S3系列开发板
• 项目维护者测试发现M5Stack AtomS3(无PSRAM)可以稳定监控3个BLE BMS
• 标准ESP32-S3 DevKitC-1(带PSRAM)在相同配置下表现不佳

2. 软件配置优化

针对ESP32 Devkit V1的优化方案：

1. 禁用BLE连接：将Victron SmartShunt改为UART连接方式

   • 实测表明，改用UART后，ESP32 Devkit V1可以稳定处理1个Shunt和3个JK-PB BMS

2. 简化BMS配置：使用bms_combine_JK-PB_RS485_bms_minimal.yaml最小化配置

   • 去除不必要的监控项，减少系统负载

3. 禁用AP模式：在board_esp32-devkit-v1.yaml中移除AP相关配置

   • 虽然性能提升不明显，但可以减少不必要的代码执行

针对ESP32-S3的优化方案：

1. 禁用PSRAM：项目将在1.5.3版本默认禁用PSRAM
   • 测试表明这是导致ESP32-S3不稳定的主要原因

3. 系统架构建议

• 对于多设备监控场景，考虑将功能拆分到多个ESP32节点
• 使用RS485总线连接多个BMS设备，减少无线连接数量
• 优先使用有线连接(UART/RS485)替代BLE连接

实际应用效果

经过上述优化后，用户反馈：

1. ESP32 Devkit V1可以稳定运行1个Shunt(UART)和3个JK-PB BMS(RS485)
2. 系统不再出现随机重启或冻结现象
3. 与Victron SmartShunt配合使用时，SoC计算精度显著提高

经验总结

1. BLE连接在资源有限的嵌入式设备上应谨慎使用
2. 硬件选型时不仅要考虑芯片型号，还需关注具体实现方案(如PSRAM配置)
3. 最小化配置是保证系统稳定性的有效手段
4. 有线连接在可靠性方面通常优于无线连接

该项目展示了如何在资源受限的嵌入式设备上实现复杂的电池管理系统监控功能，通过合理的硬件选择和软件优化，可以在低成本硬件上实现稳定的系统运行。