如何让Arduino用2颗5号电池运行1年以上--Arduino低功耗

如何让Arduino用2颗5号电池运行1年以上--Arduino低功耗
如何电池LD工作室(mylife1213) · 2016-01-11 18:11
如何让Arduino用2颗5号电池运行1年以上--Arduino低功耗
本文转自极客工坊：
如果你想把arduino avr类的开发项目用来便携式设置上,不管商业还是个人DIY,那么你头一个要对付的问题就是设备功耗!
我测试atmega328p(大部分arduino 都是基于这个处理器) 最小系统下(16Mhz)运行功耗是10ma,那么如果不对处理器进行任何节电处理的话一块手机1500mah的电池只能不间断运行 1500/10/24=6.5天 ,这个还是在没有任何外围元器件的情况下的运行时间!
现在物联网非常火,那么物联网正常情况是需要多个节点进行数据采集,然后上报给主机进行联网操作,或者接收主机命令进行对其他电器的操作. 那个问题就出现了,很多时候数据采集的地方是没有电源的,比如外置气象数据采集,这个时候就需要采集设备可以使用电池来驱动,而且不能频繁的更换电池!这就需要用到处理器的节电方案!
下面我将介绍ATMEGA328P的节电解决方案.
328P有8种节电设置,分别是:空闲模式
当SM2..0 为000 时， SLEEP 指令将使MCU 进入空闲模式。在此模式下，CPU 停止运行，而SPI、USART、模拟比较器、ADC、两线串行接口、定时器/ 计数器、看门狗和中断系统继续工作。这个睡眠模式只停止了clkCPU 和clkFLASH，其他时钟则继续工作。象定时器溢出与USART 传输完成等内外部中断都可以唤醒MCU。如果不需要从模拟比较器中断唤醒MCU，为了减少功耗，可以切断比较器的电源。方法是置位模拟比较器控
制和状态寄存器ACSR 的ACD。如果ADC 使能，进入此模式后将自动启动一次转换。ADC 噪声抑制模式
当SM2..0 为001 时， SLEEP 指令将使MCU 进入噪声抑制模式。在此模式下，CPU 停止运行，而ADC、外部中断、两线接口地址配置、定时器/ 计数器2 和看门狗继续工作。这个睡眠模式只停止了clkI/O、clkCPU 和clkFLASH，其他时钟则继续工作。此模式提高了ADC 的噪声环境，使得转换精度更高。ADC 使能的时候，进入此模式将自动启动一次AD 转换。ADC 转换结束中断、外部复位、看门狗复位、BOD 复位、两线接口地址匹配中断、定时器/ 计数器2 中断、SPM/EEPROM 准备好中断、外部电平中断INT0 或INT1，或外部中断INT2 可以将MCU 从ADC 噪声抑制模式唤醒。掉电模式
当SM2..0 为010 时， SLEEP 指令将使MCU 进入掉电模式。在此模式下，外部晶体停振，而外部中断、两线接口地址匹配及看门狗（如果使能的话）继续工作。只有外部复
位、看门狗复位、BOD 复位、两线接口地址匹配中断、外部电平中断INT0 或INT1，或
外部中断INT2 可以使MCU 脱离掉电模式。这个睡眠模式停止了所有的时钟，只有异步
模块可以继续工作。省电模式
当SM2..0 为011 时， SLEEP 指令将使MCU 进入省电模式。这一模式与掉电模式只有一点不同：
如果定时器/ 计数器2 为异步驱动，即寄存器ASSR 的AS2 置位，则定时器/ 计数器2 在睡眠时继续运行。除了掉电模式的唤醒方式，定时器/ 计数器2 的溢出中断和比较匹配中断也可以将MCU 从休眠方式唤醒，只要TIMSK 使能了这些中断，而且SREG 的全局中
断使能位I 置位。如果异步定时器不是异步驱动的，建议使用掉电模式，而不是省电模式。因为在省电模式下，若AS2 为0，则MCU 唤醒后异步定时器的寄存器数值是没有定义的。这个睡眠模式停止了除clkASY 以外所有的时钟，只有异步模块可以继续工作。Standby 模式
当SM2..0 为110 时， SLEEP 指令将使MCU 进入Standby 模式。这一模式与掉电模式唯一的不同之处在于振荡器继续工作。其唤醒时间只需要6 个时钟周期。扩展Standby 模式
当SM2..0 为111 时， SLEEP 指令将使MCU 进入扩展的Standby 模式。这一模式与省掉电模式唯一的不同之处在于振荡器继续工作。其唤醒时间只需要6 个时钟周期。下图是各个模式下关闭的模块那么我们正常使用的是掉电模式,在掉电模式下328p测试耗电1ua,这是什么概念,2颗5号电池在处理器没有进行其他操作的情况下可以工作79年!
当然了,我们不可能让处理器就这样一直待机不做其他事情,我们需要定期唤醒328P,让他处理事情,比如采集温湿度,PM2.5数据发送给主机.那么如何唤醒呢? 答案是在掉电模式下你只能通过外部中断和看门狗来唤醒328P,外部中断唤醒需要外围电路,我们优先选择WDT看门狗进行唤醒.这里的看门狗不是你们知道的只有重启328P的功能!他也可以配置成中断事件! "ISR(WDT_vect) "中断函数,通过看门狗我们就可以在不添加外围元件的情况设置唤醒时间了!下面看实例:#include <avr/sleep.h>
#include <avr/wdt.h>volatile byte data=0;void setup() {pinMode(13,OUTPUT);setup_watchdog(9);
// 0=16ms, 1=32ms,2=64ms,3=128ms,4=250ms,5=500ms
// 6=1 sec,7=2 sec, 8=4 sec, 9= 8secACSR |=_BV(ACD);//OFF ACDADCSRA=0;//OFF ADCSleep_avr();//Sleep_Mode
}void loop() {if(data>=7){data=0;
//-------------------------------digitalWrite(13,HIGH);delay(100);                      //此处是到达设置唤醒时间允许的程序digitalWrite(13,LOW);
//--------------------------------
Sleep_avr();
}
else {Sleep_avr();  //Continue Sleep
}}//Sleep mode is activated
void setup_watchdog(int ii) {byte bb;if (ii > 9 ) ii=9;bb=ii & 7;if (ii > 7) bb|= (1<<5);bb|= (1<<WDCE);MCUSR &= ~(1<<WDRF);// start timed sequenceWDTCSR |= (1<<WDCE) | (1<<WDE);// set new watchdog timeout valueWDTCSR = bb;WDTCSR |= _BV(WDIE);}
//WDT interrupt
ISR(WDT_vect) {++data;
// wdt_reset();}void Sleep_avr(){set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN  ); // sleep mode is set heresleep_enable();sleep_mode();                        // System sleeps here
}这是一个配置成56秒唤醒一次对5号端口设置高电平100ms的程序,其中if(data>=7)是data(看门狗)超时大于7次就唤醒CPU进行高电平100ms的函数,看门狗超时时间已设置成8秒,你可以调节if(data>=7)设置成你想要的唤醒时间!
通过这样的节电设置以后这个程序可以运行至少几年!
要改变唤醒时间是改这个函数:
if(data>=7)
函数里面7的意思是有7次看门狗8秒超时复位.比如你要设置24秒那就写if(data>=3)
公式是:3*8=24
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