Даталоггер на батарейке: сон между записями

Даталоггер погреба я кормил от повербанка и гордился им полтора суток: в ночь на второй день батарея села, лог оборвался на 3:40 — и как раз утренние значения были самыми интересными. Арифметика объяснила всё безжалостно: плата с картой тянет около 120 мА бодрствования, в сутках 86 400 секунд, и повербанку на 10 000 мА·ч с потерями на конвертерах такой клиент не по зубам. Данные пишутся 100-200 секунд в день, а плату я держал включённой все 86 400 — оставшиеся секунды она грела воздух.

Решение — глубокий сон ESP32: между записями чип выключает почти всё и опускается до 10-150 мкА, в тысячи раз ниже бодрствования. Ритм даталоггера укладывается в одну строку: таймер разбудил — прочитал датчик — дописал строку на карту — уснул на десять минут. Ни delay, ни millis-планировщика: после записи управление уходит в сон и в loop не возвращается вовсе. В этом уроке — API сна, расчёт срока от 18650 и две ловушки: devkit-плата, которая не даёт заявленных микроампер, и файловая система, страдающая первой при пропадании питания.

API сна умещается в две строки: esp_sleep_enable_timer_wakeup(N) заводит будильник в микросекундах, esp_deep_sleep_start() выключает свет. После пробуждения ESP32 начинает не с loop, а с нуля: setup выполняется заново, обычная RAM обнуляется. Счётчик циклов при этом выживает, если переменную объявить с модификатором RTC_DATA_ATTR — под неё выделяется место в 8 КБ памяти RTC-домена, которая питается даже во сне. Туда я кладу номер цикла и последний индекс записи; на Uno ту же задачу решал счётчик включений из урока про EEPROM, здесь энергонезависимая память не нужна вовсе.

Числа с условиями, без которых план бессмыслен. Сам модуль ESP32-WROOM во сне ест 10-15 мкА; голый чип в минимальном режиме опускается к 10 мкА; обвязка с подтяжками и неактивными плавающими пинами может поднять расход до 150 мкА. Бодрствование с выключенным WiFi — 100-120 мА, и карта в момент записи добавляет импульсы 30-100 мА на каждое обращение к сектору. Главная ложка дёгтя — devkit: USB-чип CP2102, стабилизатор AMS1117 и светодиод питания съедают ещё 10-20 мА даже во сне, в тысячу раз больше самого чипа. Глубокий сон на devkit экономит работу скетча, но не батарейку — для реального срока берите голый модуль WROOM или devkit с оторванным светодиодом и питанием мимо AMS1117.

Для полноты картины: у ESP32 есть и промежуточные режимы. Light sleep сохраняет RAM и скетч продолжается с места остановки, но ест 0,8-2 мА — в сотни раз больше глубокого; modem sleep экономит только при активном WiFi и логгеру бесполезен. Выбор между light и deep упирается в вопрос: нужен ли скетчу контекст между записями. Логгеру не нужен — он живёт одним циклом от пробуждения до пробуждения, и глубокий сон отдаёт все свои микроамперы. А вот если между записями надо слушать сеть или кнопку, смотрите в сторону light sleep и внешних источников пробуждения.

loop() пустой — и это переворот привычки из урока про millis вместо delay: там мы разгребали loop от блокировок ради отзывчивости, здесь отзывчивость не нужна — бодрствование длится три секунды, и всё это время скетч занят только датчиком и записью. После esp_deep_sleep_start() выполнение не возвращается: следующая строка кода, которая исполнится, — первая строка setup при пробуждении. FILE_APPEND — режим дозаписи из ESP32-библиотеки SD; на Uno его нет, там FILE_WRITE, который ставит курсор в конец, — поведение то же.

Теперь расчёт срока. Средний ток равен току бодрствования, умноженному на долю бодрствования, плюс току сна на долю сна. Мой цикл: 3 секунды бодрствования каждые 600 секунд, доля 0,5 процента; 0,005 × 120 мА + 0,995 × 0,015 мА ≈ 0,62 мА. Батарейка 18650 на 2400 мА·ч: 2400 / 0,62 / 24 ≈ 160 суток — пять месяцев без подзарядки. Та же прошивка на devkit, где во сне ест 15 мА: 2400 / 15,6 / 24 ≈ 64 часа, меньше трёх суток. Разница не в коде, а в железе, и её надо посчитать до сборки, а не после первого оборванного лога. Запас тоже заложите: паспортные 2400 мА·ч у дешёвых 18650 — это маркетинг; честная ёмкость у них 1200-1500, и срок делится пополам. Я беру банки с заявкой 3000+ от приличных производителей и всё равно считаю срок по 2400.

Первая грабель — Serial.begin без ожидания. Каждая лишняя секунда бодрствования в цикле стоит срока: при интервале 10 минут одна лишняя секунда за цикл превращается в 144 лишних секунды в сутки при 120 мА — это около 5 мА·ч в день, треть базового расхода. Печать в Serial успевает пролететь без задержек, зато SD.begin честно требует своих 100-300 мс на монтирование — эти миллисекунды я закладываю в три секунды бодрствования, а не сверху.

Вторая грабель страшнее: CS карты на GPIO12. Это стрэп-пин MTDI — если при включении питания на нём HIGH, контроллер настраивает напряжение флэш-памяти на 1,8 В, и плата не стартует вообще: Serial молчит, светодиод питания горит, скетч не грузится. Мой логгер после пайки выглядел мёртвым ровно по этой причине; перепайка CS на GPIO5 подняла его за минуту. Список пинов, которые нельзя занимать на старте, есть в уроке про распиновку devkit — держите его рядом с паяльником.

Про WiFi: перед сном радиомодуль выключается сам, WiFi.begin вызывать не нужно. Если логгеру нужна отправка данных в сеть, держите её внутри бодрствования: включить — отправить — выключить — уснуть; расклад сил и денег на такой цикл посчитан в уроке про бюджет глубокого сна.

Смотрите в модели не на значения, а на ритм: секунда работы, потом ни одной строки в Serial, потом счётчик циклов подпрыгивает. На реальной плате та же тишина длится десять минут и стоит 10-15 мкА вместо 120 мА — в симуляторе это показать нечем, честно сказать: токов в движке нет. Потенциометр изображает ваш выбор интервала из таблицы: чем длиннее пауза, тем дальше уедет батарейка.

Формат строки на карте — цикл,значение — собирается по правилам урока про CSV и конфиг, а каркас, который здесь дорос до батарейки, родом из урока про логирование. Если логгер нужен не на месяцы, а на годы, посчитайте интервал по таблице и заложите саморазряд: литий-ион теряет 3-5 процента в месяц, и на горизонте года это уже не мелочь. И проверьте держатель: пружинный контакт, карта нигде не болтается — самый дешёвый элемент конструкции роняет самый дорогой лог.