esp32-idf:低功下耗保持wifi、蓝牙连接

已于 2024-04-18 17:03:20 修改
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分类专栏： esp32 嵌入式 物联网 文章标签： 单片机 学习
于 2023-10-25 10:35:35 首次发布
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_46461874/article/details/134019994
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这里写目录标题

1、前言

esp32芯片的三种低功耗模式：
1、Modem Sleep模式：在此模式下，CPU可以运行，时钟频率可配置。Wi-Fi和Bluetooth LE的基带和射频关闭，但Wi-Fi或Bluetooth LE可以保持连接
2、Light Sleep模式：在此模式下，CPU暂停运行。任何唤醒事件（MAC、主机、RTC定时器或外部中断）都会唤醒芯片。Wi-Fi或Bluetooth LE可以保持连接。
3、Deep Sleep模式：在此模式下，CPU、大部分RAM以及所有由时钟APB_CLK驱动的数字外设都会被断电。唤醒条件满足后，芯片就会从睡眠中被唤醒。

如需保持 Wi-Fi 和 Bluetooth 连接，请启用 Wi-Fi 和 Bluetooth Modem-sleep 模式和自动 Light-sleep 模式（请参阅 电源管理 API）。在这两种模式下，Wi-Fi 和 Bluetooth 驱动程序发出请求时，系统将自动从睡眠中被唤醒，从而保持连接。

2、低功耗保持wifi连接阿里云服务器

采用合宙esp32-c3板子进行实验
在这里插入图片描述
首先连接上开发板，选择对应芯片
在这里插入图片描述
使用低功耗wifi作为模板创建工程
在这里插入图片描述
添加wifi昵称和密码，将listen interval设置为10
listen interval：指工作站两次苏醒之间经历多少个Beacon间隔数。这是工作站与接入点关联时所指定的参数之一。较长时间的聆听间隔可以让工作站关闭传送器较长时间，从而节省电力。
长聆听间隔缺点：1、接入点必须为休眠中的工作站暂存帧，因此较长的聆听间隔对接入点而言，意味着必须准备更多的暂存空间（缓冲区）。
2、增加聆听间隔会延迟帧的传递。如果接入点准备转送数据给到工作站时工作站正处于休眠状态，该帧只要等到工作站苏醒之后再加以传送。在这里插入图片描述
修改成最大省电模式，这个函数有3个参数：
1、WIFI_PS_NONE：在该模式，WIFI不会进入省电模式
2、WIFI_PS_MIN_MODEM：WIFI会在每个DTIM（Delivery Traffic Indication Message）周期唤醒以接收信标
3、WIFI_PS_MIN_MODEM：该模式下，接收信标间隔由Listen_interval决定
有关mqtt连接方法，在乐鑫example中有，此处直接使用
mqtt.c:

在这里插入/* MQTT (over TCP) Example

   This example code is in the Public Domain (or CC0 licensed, at your option.)

   Unless required by applicable law or agreed to in writing, this
   software is distributed on an "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OR
   CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
*/

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
#include <string.h>
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_system.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_netif.h"
//#include "protocol_examples_common.h"

#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/semphr.h"
#include "freertos/queue.h"

#include "lwip/sockets.h"
#include "lwip/dns.h"
#include "lwip/netdb.h"

#include "esp_log.h"
#include "mqtt_client.h"
#include "mqtt.h"

#include "cJSON.h"

static const char *TAG = "MQTT_EXAMPLE";

static void log_error_if_nonzero(const char *message, int error_code)
{
    if (error_code != 0) {
        ESP_LOGE(TAG, "Last error %s: 0x%x", message, error_code);
    }
}

/*
 * @brief Event handler registered to receive MQTT events
 *
 *  This function is called by the MQTT client event loop.
 *
 * @param handler_args user data registered to the event.
 * @param base Event base for the handler(always MQTT Base in this example).
 * @param event_id The id for the received event.
 * @param event_data The data for the event, esp_mqtt_event_handle_t.
 */
char mqtt_publish_data3[] = "hello";
static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, int32_t event_id, void *event_data)
{
 //   ESP_LOGD(TAG, "Event dispatched from event loop base=%s, event_id=%u", base, event_id);
    esp_mqtt_event_handle_t event = event_data;
    esp_mqtt_client_handle_t client = event->client;
    int msg_id;
    switch ((esp_mqtt_event_id_t)event_id) {
    case MQTT_EVENT_CONNECTED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_CONNECTED");
/*         msg_id = esp_mqtt_client_publish(client, "/topic/qos1", "data_3", 0, 1, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent publish successful, msg_id=%d", msg_id);

        msg_id = esp_mqtt_client_subscribe(client, "/topic/qos0", 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent subscribe successful, msg_id=%d", msg_id);

        msg_id = esp_mqtt_client_subscribe(client, "/topic/qos1", 1);
        ESP_LOGI(TAG, "sent subscribe successful, msg_id=%d", msg_id);

        msg_id = esp_mqtt_client_unsubscribe(client, "/topic/qos1");
        ESP_LOGI(TAG, "sent unsubscribe successful, msg_id=%d", msg_id); */
        //订阅主题
        msg_id = esp_mqtt_client_subscribe(client, AliyunSubscribeTopic_user_get, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent subscribe successful, msg_id=%d", msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_DISCONNECTED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DISCONNECTED");
        break;

/*      case MQTT_EVENT_SUBSCRIBED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_SUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
        msg_id = esp_mqtt_client_publish(client, AliyunSubscribeTopic_user_update, mqtt_publish_data3, strlen(mqtt_publish_data3), 0, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent publish successful, msg_id=%d", msg_id);
        break;  */
    case MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_UNSUBSCRIBED, msg_id=%d", event->msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_PUBLISHED:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_PUBLISHED, msg_id=%d", event->msg_id);
        break;
    case MQTT_EVENT_DATA:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_DATA");
/*         msg_id = esp_mqtt_client_publish(client, AliyunSubscribeTopic_user_update, event->data, event->data_len, 0, 0);
        ESP_LOGI(TAG, "sent publish successful, msg_id=%d", msg_id); */
        printf("TOPIC=%.*s\r\n", event->topic_len, event->topic);
        printf("DATA=%.*s\r\n", event->data_len, event->data);
        break;
    case MQTT_EVENT_ERROR:
        ESP_LOGI(TAG, "MQTT_EVENT_ERROR");
        if (event->error_handle->error_type == MQTT_ERROR_TYPE_TCP_TRANSPORT) {
            log_error_if_nonzero("reported from esp-tls", event->error_handle->esp_tls_last_esp_err);
            log_error_if_nonzero("reported from tls stack", event->error_handle->esp_tls_stack_err);
            log_error_if_nonzero("captured as transport's socket errno",  event->error_handle->esp_transport_sock_errno);
            ESP_LOGI(TAG, "Last errno string (%s)", strerror(event->error_handle->esp_transport_sock_errno));

        }
        break;
    default:
        ESP_LOGI(TAG, "Other event id:%d", event->event_id);
        break;
    }
}

esp_mqtt_client_handle_t client=NULL;
static void user_mqtt_app_start(void)
{
    esp_mqtt_client_config_t mqtt_cfg = {
		.broker.address.hostname = Aliyun_host,
		.broker.address.port = Aliyun_port,
        .broker.address.transport = MQTT_TRANSPORT_OVER_TCP,
		.credentials.client_id = Aliyun_client_id,
		.credentials.username = Aliyun_username,
		.credentials.authentication.password = Aliyun_password,

    };

    client = esp_mqtt_client_init(&mqtt_cfg);
    esp_mqtt_client_register_event(client, ESP_EVENT_ANY_ID, mqtt_event_handler, client);
    esp_mqtt_client_start(client);
}


void mqtt_connect(void)
{
    ESP_LOGI(TAG, "[APP] Startup..");
  //  ESP_LOGI(TAG, "[APP] Free memory: %u bytes", esp_get_free_heap_size());
    ESP_LOGI(TAG, "[APP] IDF version: %s", esp_get_idf_version());

    esp_log_level_set("*", ESP_LOG_INFO);
    esp_log_level_set("mqtt_client", ESP_LOG_VERBOSE);
    esp_log_level_set("MQTT_EXAMPLE", ESP_LOG_VERBOSE);
    esp_log_level_set("TRANSPORT_BASE", ESP_LOG_VERBOSE);
    esp_log_level_set("esp-tls", ESP_LOG_VERBOSE);
    esp_log_level_set("TRANSPORT", ESP_LOG_VERBOSE);
    esp_log_level_set("outbox", ESP_LOG_VERBOSE);

 //   ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
   // ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
   // ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());

    /* This helper function configures Wi-Fi or Ethernet, as selected in menuconfig.
     * Read "Establishing Wi-Fi or Ethernet Connection" section in
     * examples/protocols/README.md for more information about this function.
     */
    //ESP_ERROR_CHECK(example_connect());

    user_mqtt_app_start();
}
代码片

在mqtt.h文件中写入有关设备连接的信息

#ifndef MQTT_H
#define MQTT_H

/*Broker Address：${YourProductKey}.iot-as-mqtt.${YourRegionId}.aliyuncs.com*/
#define   Aliyun_host       "iot-06z00a7kp9v3vq5.mqtt.iothub.aliyuncs.com"
#define   Aliyun_port       1883
/*Client ID：     ${ClientID}|securemode=${Mode},signmethod=${SignMethod}|*/
#define   Aliyun_client_id  ""
/*User Name：     ${DeviceName}&${ProductKey}*/
#define   Aliyun_username   ""
/*使用官网 MQTT_Password 工具生成*/
#define   Aliyun_password   ""

#define   AliyunSubscribeTopic_user_get     ""
#define   AliyunSubscribeTopic_user_update     ""
void mqtt_connect(void);
#endif

在这里插入图片描述
最后在wifi成功连接回调函数中连接mqtt，即当wifi成功连接后，连接阿里云
在这里插入图片描述
beacon interval,信标间隔为102.4ms
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在阿里云发布消息，能实时接收
在这里插入图片描述
最开始连接wifi时，功耗最大
在这里插入图片描述
连接至WiFi后，休眠电流约为500us，因为要不断唤醒，因此改电流会不断波动

3、低功耗保持蓝牙连接

在这里插入图片描述
用gatt服务器模板创建任务

在这里插入图片描述
勾选Bluetooth modem sleep

在这里插入图片描述
勾选Support for power management
在这里插入图片描述
configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP：当空闲任务是唯一可运行的任务（其他任务都处于阻塞或挂起态）以及系统处于低功耗模式的时间大于configEXPECTED_IDLE_TIME_BEFORE_SLEEP个时钟节拍时，就会进入低功耗模式，如果你的设备需要在大部分时间内保持低功耗状态，那么你可能需要将这个值设置得相对较小。反之，如果你的设备需要频繁地进行计算和处理任务，那么你可能需要将这个值设置得相对较大，以减少设备进入和退出低功耗模式的次数，从而提高设备的性能。最后保存
在这里插入图片描述
该结构体用于设置广播间隔
在esp_ble_adv_params_t结构体中，.adv_int_min和.adv_int_max是用来设置广播间隔的最小值和最大值的。
广播间隔是0.625ms，则最小广播间隔：0x200.625=320.625=20ms；最大广播间隔：0x40*0.625=40ms
如果希望设备更频繁地广播，可以设置一个较小的广播间隔。反之，如果希望设备更少地广播以节省电力，可以设置一个较大的广播间隔。广播间隔越大，蓝牙信号越弱，连接时间越长，但是越省电最大值为0x2000
这里将其设置为0x1000：

static esp_ble_adv_params_t adv_params = {
    .adv_int_min        = 0x1000,
    .adv_int_max        = 0x1000,
    .adv_type           = ADV_TYPE_IND,
    .own_addr_type      = BLE_ADDR_TYPE_PUBLIC,
    //.peer_addr            =
    //.peer_addr_type       =
    .channel_map        = ADV_CHNL_ALL,
    .adv_filter_policy = ADV_FILTER_ALLOW_SCAN_ANY_CON_ANY,
};

在这里插入图片描述
这两个参数是连接间隔，单位为1.25ms，设备连接成功后会更新连接间隔，这里我想让设备连接成功后响应更快，因此我保持这个较小的连接间隔

#define CONFIG_EXAMPLE_MAX_CPU_FREQ_MHZ 80
#define CONFIG_EXAMPLE_MIN_CPU_FREQ_MHZ 10

void power_save_init(void)
{
    #if CONFIG_PM_ENABLE
    // Configure dynamic frequency scaling:
    // maximum and minimum frequencies are set in sdkconfig,
    // automatic light sleep is enabled if tickless idle support is enabled.
#if CONFIG_IDF_TARGET_ESP32
    esp_pm_config_esp32_t pm_config = {
#elif CONFIG_IDF_TARGET_ESP32C3
    esp_pm_config_esp32c3_t pm_config = {
#elif CONFIG_IDF_TARGET_ESP32S3
    esp_pm_config_esp32s3_t pm_config = {
#endif
            .max_freq_mhz = CONFIG_EXAMPLE_MAX_CPU_FREQ_MHZ,
            .min_freq_mhz = CONFIG_EXAMPLE_MIN_CPU_FREQ_MHZ,
#if CONFIG_FREERTOS_USE_TICKLESS_IDLE
            .light_sleep_enable = true
#endif
    };
    ESP_ERROR_CHECK( esp_pm_configure(&pm_config) );
#endif // CONFIG_PM_ENABLE

}

初始化电源管理，包含头文件#include “esp_pm.h”
在这里插入图片描述
待机电流约为7.7ma
连接蓝牙以后：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
电流为16.5ma，这是因为连接后连接间隔变化了

4、参考文章

安信可经验分享 | WiFi保持连接状态下低功耗的实现，适用于ESP32/ESP32C3/ESP32S3系列模组二次开发
安信可经验分享 | 仅保持蓝牙连接状态下的低功耗的实现，适用于ESP32/ESP32C3/ESP32S3系列模组二次开发

Espressif 系列：ESP32 系列_（10）.ESP32低功耗模式
2401_87715305的博客
01-14 1534
ESP32 支持多种低功耗模式，包括轻度睡眠模式、深度睡眠模式和休眠模式。每种模式都有其特定的功耗特性和应用场景。通过合理选择和配置低功耗模式，可以显著降低功耗，延长设备的运行时间。同时，需要注意引脚配置、电源管理、时钟配置、状态保存和恢复以及唤醒后的重新初始化，以确保系统在低功耗模式下正常运行。
ESP32-IDF开发实例-网络编程-WIFI连接
视觉与物联智能
07-05 1820
WIFI连接 ESP32是一系列高度集成的、专为移动设备、可穿戴电子产品设计的物联网模块，其集成了天线开关、RF balun、功率放大器、低接收噪声放大器，滤波器、电源管理模块等，可以独立运行应用，也可以通过SPI/SDIO或I2C/UART接口为其他设备提供WiFi和蓝牙功能。 ESP32的WiFi模块三种工作模式：Station模式、AP(Access Point)模式，Station+AP模式（即热点模式）。我们在平时使用中一般是使用Station模式，连接WiFi网络。上述模式的各种安全模式（WP
esp32-s3 开Modem Sleep模式或Light Sleep模式
qq_41126242的博客
03-12 936
ESP32-S3 在和模式下的功耗表现差异较大，具体数值取决于外设状态、CPU 频率、Wi-Fi/Bluetooth 状态等因素。
ESP32 S3低功耗设计
wu_chaowei的博客
04-14 3999
ESP32-S3 具有以下预设功耗模式，可给不同电源域组合供电：
【ESP32】ESP-IDF开发 | 低功耗蓝牙开发 | GAP协议 + 设备扫描例程
最新发布
JackieCoo的博客
04-19 982
GAP（General Access Protocol），全称通用访问协议，它定义了低功耗蓝牙设备的发现流程，设备管理和设备连接的建立。低功耗蓝牙设备定义了4种角色：广播者（：处于这种角色的设备通过发送广播让接收者发现自己。这种角色只能发广播，不能被连接。观察者（Observer）：处于这种角色的设备通过接收广播事件并发送扫描(Scan)请求。这种角色只能发送扫描请求，不能被连接。外围设备（Peripheral）：当广播者接受了观察者发来的连接请求后就会进入这种角色。
ESP32 低功耗模式
qq_67171848的博客
09-25 6435
【ESP32】ESP32 低功耗模式简介和简单使用
ESP32低功耗模式
优快云博客
06-08 8989
1.ESP32 系列芯片提供三种可配置的睡眠模式，针对这些睡眠模式,我们提供了了多种低功耗解决方案，用户可以结合具体需求选择睡眠模式并进行配置。三种睡眠模式如下: Modem-sleep 模式：CPU 可运行，时钟可被配置。Wi-Fi/蓝牙基带和射频关闭。 Light-sleep 模式：CPU 暂停运行，Wi-Fi/蓝牙基带和射频关闭。RTC 存储器和外设以及 ULP 协处理器运行。任何唤醒事件(MAC、主机、RTC 定时器或外部中断)都会唤醒芯片。 Deep-sleep 模式：CPU 和大部分外设都
esp32的节电模式配置
01-28
本文重点讲解省电模式下的WiFi是如何连接上路由器的，重点是相关API接口和编程方法的介绍，源码完成了对ESP32的低功耗模式的设置，并通过menuconfig将接入点AP的名称和密码赋值给ESP32，使ESP32作为一个站点STA接入到接入点AP（即路由器）中。
FastLED-idf:ESP-IDF 4.0开发环境的FastLED端口
05-02
FastLED-idf和模式 TL; DR FastLED 3.3的此端口在4.x ESP-IDF开发环境... 它有两个核心，240Mhz速度，一兆的DRAM（sorta），低功耗模式，wifi和蓝牙，可以在预制模块中使用，价格在24美元（Adafruit，Sparkfun），10美
esp-idf-wifi-apsta：带有esp-idf的WIFI_MODE_APSTA示例
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esp-idf-wifi-apsta 带有esp-idf的WIFI_MODE_APSTA示例。 esp-idf包含站点模式（WIFI_MODE_STA）和软ap模式（WIFI_MODE_AP）中的示例，但没有apsta模式（WIFI_MODE_APSTA）中的示例。 我提到。 ESP32芯片具有...
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ESP-IDF v4.4.3 是该框架的一个特定版本，它包含了对ESP32芯片功能的全面支持，包括Wi-Fi、蓝牙（经典和低功耗）、硬件加速器以及各种外设接口。 ESP-IDF v4.4.3 的主要特性与改进可能包括： 1. **稳定性与兼容性*...
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08-11
ESP32是一款高性能、低功耗的32位微控制器，具有丰富的外设接口和强大的无线功能，广泛应用于物联网(IoT)...在实际开发中，还可以根据需求添加WiFi连接、蓝牙通信、传感器数据处理等功能，进一步发挥ESP32的强大性能。
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ESP32 WIFI 低功耗
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【ESP32填坑日记】问题篇⑥ ESP32-C3低功耗问题
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文章目录一、前言二、目标芯片选择三、menuconfig配置项四、代码4.1 初始化电源管理：4.2 设置Listen-Interval1、TIM（traffic indication message）2、DTIM(Delivery Traffic Indication Message )3、Beacon-Interval(信标间隔)4、Listen-Interval， (STA即Client接收Beacon 的周期)五、功耗测试 一、前言 ESP32/ESP32C3/ESP32S3系列模组都有三种低功耗模
【ESP32】ESP-IDF开发 | 低功耗管理+RTC唤醒和按键唤醒例程
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ESP32支持5种低功耗模式，低功耗管理单元包括调压器、功耗控制器、电源开关单元、电源域隔离单元 (Isolation Cell) 等部分。1.1 RTC单元RTC单元是ESP32低功耗管理的核心，可用于管理低功耗模式的进入和退出，控制时钟源、PLL、电源开关和隔离单元以产生电源门控、时钟门控和复位信号。RTC单元主要包含以下几个模块：RTC主状态机：记录电源状态；数字和模拟电源控制器：可用于为RTC的数字模块和模拟模块生成电源门控／时钟门控信号；
sql自动生成工具_可自动生成代码，5款基于AI的开发工具
06-12
好的，针对您的问题，以下是基于AI的开发工具中的一些能够自动生成代码的工具： 1. DeepCode：DeepCode是一款基于AI的代码审查工具，它可以分析代码库并自动生成代码修复建议。它使用深度学习技术来理解代码结构和语法，并能够检测潜在的错误和漏洞。 2. Kite：Kite是一款基于AI的代码自动补全工具，它可以分析您正在编写的代码并提供自动补全建议。Kite使用机器学习算法来理解代码上下文，并能够为您提供高质量的代码片段和函数。 3. TabNine：TabNine是一款基于AI的代码自动补全工具，它可以根据您的输入自动生成代码。它使用机器学习技术来理解代码结构和语义，并能够为您提供高质量的代码片段和函数。 4. CodeAI：CodeAI是一款基于AI的代码自动生成工具，它可以根据您的需求生成高质量的代码。它使用深度学习技术来理解代码结构和语义，并能够为您提供高效、可读性强的代码。 5. Codeasy：Codeasy是一款基于AI的代码自动生成工具，它可以根据您的需求自动生成代码。它使用机器学习技术来理解代码结构和语法，并能够为您提供高效、可读性强的代码。 希望我的回答对您有所帮助。
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