物联网时代的全能型微控制器原理与应用(三)

特殊功能接口

触摸屏控制器：支持电阻式触摸屏，可直接连接 4 线 / 5 线触摸屏，输出触摸坐标，适合嵌入式显示终端（如智能家居控制面板）。

红外遥控（RMT）：8 个通道的远程控制模块，可发送和接收红外信号，支持常见的红外协议（如 NEC、RC5），用于家电遥控（如控制空调、电视）。

SD 卡接口：通过 SPI 或 SDIO 协议连接 SD 卡，支持 FAT32 文件系统，可用于数据日志存储（如环境监测数据记录）、固件升级等。

低功耗管理：电池供电设备的续航保障

ESP32 针对物联网设备的低功耗需求，设计了多层次的功耗管理机制，通过灵活的睡眠模式和电源控制，在保证功能的同时最大限度降低能耗，使电池供电设备（如无线传感器节点）的续航时间可达数月甚至数年。

睡眠模式与功耗等级

ESP32 提供五种功耗模式，适应不同的应用场景：

活跃模式（Active）：双核全速运行，所有外设工作，功耗约 80-240mA（取决于 CPU 负载和无线通信状态），适合数据处理和实时控制。

modem-sleep 模式 ：CPU 保持运行，Wi-Fi 和蓝牙模块关闭，功耗约 30-60mA，适合不需要无线通信的本地数据处理（如离线传感器数据计算）。

轻度睡眠（Light Sleep）：CPU 暂停运行，外设可保持工作，可通过定时器、GPIO 中断唤醒，功耗约 0.8-10mA，适合周期性任务（如每 10 秒采集一次传感器数据）。

深度睡眠（Deep Sleep）：CPU 和大部分外设关闭，仅保留 RTC（实时时钟）和唤醒电路，可通过定时器、触摸传感器、ULP 协处理器唤醒，功耗约 5-50μA，适合长时间待机的场景（如每小时上传一次数据）。

休眠模式（Hibernation）：仅保留最低限度的电路，唤醒源仅限外部 RTC 或 GPIO，功耗低至 2.5μA，适合超长时间待机（如电池寿命要求 1 年以上的设备）。

低功耗策略与实现

实际应用中，通过以下策略优化功耗：

动态调整工作模式：根据任务需求切换模式 —— 例如，传感器节点在采集数据时进入活跃模式，发送数据时开启 Wi-Fi，完成后立即进入深度睡眠，仅通过 RTC 定时器定时唤醒。

ULP 协处理器任务卸载：将低频率任务（如每秒钟读取一次温度）交给 ULP 协处理器，主核始终处于深度睡眠，仅当 ULP 检测到异常（如温度超过阈值）时才唤醒主核，可将平均功耗降至 10μA 以下。

外设电源管理：关闭不使用的外设电源（如未连接显示屏时关闭 SPI 控制器电源），通过 GPIO 矩阵切断闲置引脚的电流通路，减少漏电流。

无线通信优化：Wi-Fi 采用节能模式（如 DTIM 间隔设置为 3），减少信标帧监听频率；BLE 采用间歇广播（如每 100ms 广播一次，每次 1ms），降低射频模块的工作时间。

通过这些措施，采用两节 AA 电池（3V，2000mAh）供电的 ESP32 传感器节点，在每天发送 100 次数据的场景下，续航时间可达 6-12 个月，满足大多数物联网应用的需求。