Ameba Arduino: [RTL8195AM] Power Management - 使用Ameba的省电模式

材料准备

• Ameba x 1

Ameba的省电模式

Ameba提供许多省电模式，最常用的是deepsleep与sleep。

• Deepsleep

当Ameba进入DEEPSLEEP，会让Ameba处于最省电的情况，它的耗电会小于20微安(微安培)，此时大部份元件都关掉了，但低解析度的计时器仍在运作并且用来唤醒Ameba。这种模式适合定时运作的情境，像是每小时起来量测温湿度，送出资料，再回到deepsleep。

• Sleep

这个模式是Ameba可以维持Wifi连线的省电模式，它的耗电会因为wifi的资料量与无线环境的干净程度而有所不同，但是瞬间最低电流会在2.5 mA (毫安培)，与wifi起来运作之后的电流平均之后，仍然是相当省电的模式。这种应用适合需要远端操控Ameba的情境，像是使用手机透过网路通知Ameba马上量一次温湿度，再回传结果。

Ameba的供电方式

在Ameba的开发板上，我们都是使用下图左上方的USB供电，这里的USB供电会提供整块开发板的电源，包括一个DAP的控制元件，LED指示灯，周边的电容与电阻，以及经过电压转换之后，提供3.3V工作电压给Ameba。
如果我们单独供应3.3V的电源给Ameba，而不是使用USB供电给整块板子，Ameba还是可以运作的。板子上其他元件让使用者便于开发，当开发完成之后，就可以只供电给Ameba。

如何单独供电给Ameba

单独供电给Ameba需要对R43这个电阻做处理，不想更动硬体或不需要体验到非常省电的可以跳过这一章。
板子上R43的地方是个电阻，电阻左边是经过降压模组的3.3V电源, 这个3.3V电源只单独供应给电阻右边的Ameba Module。
我们需要解焊R43这个电阻，它会露出左右各一个金属连接点，我们再将左右分别焊上杜邦线即可。
解焊的方式，需要将R43的左边和右边同时受热，才有办法将R43这个电阻取下。比较浪费资源但快速的方式是将焊锡涂满R43，让焊锡覆盖到左边与右边，这样就可以将R43取下。
取下之后，会看到两个接点。为了之后使用上方便, 我们将左边与右边都焊上杜邦线。焊完之后将两条线做固定，可以黏胶带，使用热熔胶，或是像下图卡住固定。

如图中，这样我们一样可以使用USB供电。当我们想单独对Ameba供电时，将红线与黑线分开，由黑线供应3.3V的电源，以及接上电源的接地即可。

如何量测耗电

• 选择电表

电表的选择有很多，以下是一些常见电表种类：
– USB电流计：通常USB电流计一边是USB公的接头，另一边则是USB母的接头，它量测经过USB的耗电。它精确度通常不高，甚至需要校正，在未经过校正的情况下，量测结果可能会差1~2mA或者更多。这也反应在价格上，通常会是平易近人的价格。

– 手持式电表：通常包含了常见的功能，可以测量直流电/交流电的电压与电流，测量电阻。通常表上会有范围可以调测量范围，不同的测量范围的精准度也不同。它通常出厂就已经矫正过，准确度也会符合电表规格。手持式电表使用电池，方便携带。它的价格会根据电表规格而有不同，可以量到微安培等级的电表会比较贵。

– 桌上型电表：通常比手持式电表提供更多功能，有些会提供记忆功能，每秒钟的测量采样数较多，也可以有更高的精准度。桌上型电表使用插座，适合定点测量。因为功能较多，也反映在价格上，它的价格会通常比手持式电表贵。

• 耗电的单位

一般来说，电器的耗电会以功率（单位瓦）来计算，但3C产品大多使用直流电，电压是固定值，所以我们只需测量电流就可以知道耗电。
一般市售的直流电池或行动电源，它的电量会标示成mAh。比如说，一颗10000mAh的5V行动电源，如果电器消耗的电流是20mA，那么电器可以使用 10000 mAh / 20 mA = 500 h (小时)。

• 如何接线与量耗电

如果使用USB电流计，直接接上即可：

但使用USB电流计只能量到整块板子的耗电，并且精准度有限。
如果要使用手池式电表或桌上型电表量测整块板子的耗电，则需要对MicroUSB线材做处理。首先需要将MicroUSB的外层塑胶绝缘剥开，里面的设计各家不同，但通常都会有四条细线，其中包括红线与黑线：

红线是5V的线，黑线则是GND。因为测量电流需要让电流经过测量仪器，这边我们量前端电流，所以将红线断开，剥线之后，处理一下让两端可以接线。图中是焊上排针，让杜邦线可以插上去。
于是要测量板子耗电，可以这样接线:

但最终我们想要更省电的Ameba Module，所以要测量Ameba Module的耗电，可以接在R43的地方：

量完耗电之后，之后如果要单独供电给Ameba Module，就可以这样接：

范例：测量未省电的Ameba

void loop() {
  // Wait a few seconds between measurements.
  delay(60000);
}

范例：测量省电的Ameba

如果我们在两次量测的中间让Ameba进入deepsleep，那么就可以让Ameba省电。
打开范例 “File” -> “Examples” -> “AmebaPowerSave” -> “DeepSleepWithDHT”
这个范例与前一个范例 DHTTester是差不多的，差别只在 loop() 里面的 delay(60000) 改成 PowerManagement.deeplseep(60000)，并且摆在loop()的最后面。
当程式执行到PowerManagement.deeplseep()之后，Ameba就会进入deepsleep，经过60000ms = 60s之后，醒来会从头开始执行，仿佛经过重开机一样。所以我们要将这行摆在要执行的工作之后。
测量结果：
– 含板子的耗电：平均32 mA
– 只有Ameba Module的耗电：平均0.27mA
底下是比较的表格

省电之后可以使用多久

我们拿前面的范例比较其中两种，一种是原本未省电并且供电给整块板子的耗电 (61mA)，另一种是省电的Ameba并且只供电给Ameba Module (0.27 mA)。
一般市售的3号电池(AA)，如果它的电压刚好是1.5V，并且容量是2850 mAh，使用两颗3号电池的话，容量是5700 mAh。
转换成5V的电源，在不考虑转换造成的能量损耗的情况下，2颗3号电池的容量会是5700 mAh * (1.5 / 5) = 1710 mAh。那么未省电并且供电给整块板子可以使用的时间是 1710 mAh / 61 mA = 28 h
转换成3.3V的电源，一样不考虑转换造成的能量损耗的情况下，2颗3号电池的容量会是 2590 mAh。省电并且只供电给Ameba Module可以使用的时间是 2590 mAh / 0.27 mAh = 9592 h = 1.09 years
以下是整理过的表格 (实验所使用的电表为Keysight 34465A)

可以看到原本只能使用一天多的2颗AA电池，变成可以使用1年。当然实际情况里，不会用到那么久，它会因为升压转换造成能量损失，也会因为电池电压随时间而降低造成无法使用到全部的容量，但可以看到的是，省电与不省电的耗电已经不是同个等级。

进入deepsleep之后要如何上传程式码

因为Ameba进入deepsleep之后，就无法上传程式。在deepsleep的API里面我们将D18这根脚当作避免Ameba进入deepsleep的pin脚。只要将D18接GND，并且重开Ameba即可。
但也要注意，在正常使用里，也要注意D18是否被接到GND而无法进入deepsleep