功耗是設(shè)備長時間連續(xù)運(yùn)行而不斷電的關(guān)鍵因素。因此，為了解決這個問題，幾乎每個控制器都帶有睡眠模式，這有助于開發(fā)人員設(shè)計電子設(shè)備以實現(xiàn)最佳功耗。休眠模式通過關(guān)閉未使用的模塊將器件置于省電模式。

今天我們將了解Arduino睡眠模式（Sleep Mode）并使用Ammeter演示功耗。 Arduino睡眠模式也稱為Arduino省電模式（Power Save mode）或Arduino待機(jī)模式（Standby Mode）。

Arduino睡眠模式

睡眠模式允許用戶停止或關(guān)閉微控制器中未使用的模塊，從而顯著降低功耗。 Arduino UNO、Arduino Nano和Pro-mini配備了ATmega328P，它有一個欠壓檢測器（BOD），用于監(jiān)控睡眠模式時的電源電壓。

ATmega328P有六種睡眠模式：

要進(jìn)入任何睡眠模式，我們需要在睡眠模式控制寄存器（SMCR.SE）中啟用睡眠位。然后，睡眠模式選擇位選擇Idle、ADC noise reduction、Power-Down、Power-Save、Standby和External Standby的睡眠模式。

內(nèi)部或外部Arduino中斷或復(fù)位可以將Arduino從睡眠模式喚醒。

空閑（Idle）模式

要進(jìn)入空閑休眠模式，請寫入控制器“000”的SM [2,0]位。此模式停止CPU，但允許SPI、2線串行接口、USART、看門狗、計數(shù)器、模擬比較器工作。空閑模式基本上停止CLKCPU和CLKFLASH。通過使用外部或內(nèi)部中斷，可以隨時喚醒Arduino。

空閑睡眠模式的Arduino代碼：

LowPower.idle(SLEEP_8S, ADC_OFF, TIMER2_OFF, TIMER1_OFF, TIMER0_OFF, SPI_OFF, USART0_OFF, TWI_OFF);

有一個用于在arduino中設(shè)置各種低功耗模式的庫。因此，首先從給定鏈接下載并安裝庫，然后使用上面的代碼將Arduino置于空閑睡眠模式。通過使用上面的代碼，Arduino將進(jìn)入8秒的睡眠狀態(tài)并自動喚醒。正如您在代碼中所看到的，空閑模式會關(guān)閉所有定時器、SPI、USART和TWI（2線接口）。

ADC降噪模式（ADC noise reduction）

要使用此睡眠模式，請將SM [2,0]位寫入“001”。該模式會停止CPU，但允許ADC、外部中斷、USART、2線串行接口、看門狗和計數(shù)器運(yùn)行。 ADC降噪模式基本上停止CLKCPU、CLKI / O和CLKFLASH。我們可以通過以下方法從ADC降噪模式喚醒控制器：

● 外部復(fù)位

● 看門狗系統(tǒng)復(fù)位

● 看門狗中斷

● 欠壓復(fù)位

● 2線串行接口地址匹配

● INT上的外部電平中斷

● 引腳更改中斷

● 定時器/計數(shù)器中斷

● SPM / EEPROM就緒中斷

掉電模式（Power-Down Mode）

掉電模式會停止所有生成的時鐘，并且只允許異步模塊的操作。可以通過將SM [2,0]位寫入'010'來啟用它。在此模式下，外部振蕩器關(guān)閉，但2線串行接口、看門狗和外部中斷繼續(xù)運(yùn)行。它只能通過以下方法之一禁用：

● 外部復(fù)位

● 看門狗系統(tǒng)復(fù)位

● 看門狗中斷

● 欠壓復(fù)位

● 2線串行接口地址匹配

● INT上的外部電平中斷

● 引腳更改中斷

用于掉電周期模式的Arduino代碼：

LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);

該代碼用于打開省電模式。通過使用上面的代碼，Arduino將進(jìn)入8秒的睡眠狀態(tài)并自動喚醒。

我們還可以使用具有中斷的掉電模式，其中Arduino將進(jìn)入休眠狀態(tài)，但僅在提供外部或內(nèi)部中斷時才會喚醒。

用于掉電中斷模式的Arduino代碼：

void loop()

{

// Allow wake up pin to trigger interrupt on low.

attachInterrupt(0, wakeUp, LOW);

LowPower.powerDown(SLEEP_FOREVER, ADC_OFF, BOD_OFF);

// Disable external pin interrupt on wake up pin.

detachInterrupt(0);

// Do something here

}

省電模式（Power-Save）

要進(jìn)入省電模式，我們需要將SM [2,0]引腳寫入'011'。該睡眠模式類似于掉電模式，只有一個例外，即如果啟用定時器/計數(shù)器，即使在睡眠時它也將保持運(yùn)行狀態(tài)。可以使用定時器溢出喚醒設(shè)備。

如果您沒有使用時間/計數(shù)器，建議使用掉電模式而不是省電模式。

待機(jī)模式（Standby）

待機(jī)模式與掉電模式相同，它們之間的唯一區(qū)別是外部振蕩器在此模式下保持運(yùn)行。要啟用此模式，請將SM [2,0]引腳寫入“110”。

擴(kuò)展待機(jī)模式（Extended Standby）

此模式類似于省電模式，只有振蕩器保持運(yùn)行的一個例外。當(dāng)我們將SM [2,0]引腳寫入'111'時，器件將進(jìn)入擴(kuò)展待機(jī)模式。從延長待機(jī)模式喚醒器件需要6個時鐘周期。

需要的組件

● Arduino UNO開發(fā)板

● DHT11溫濕度傳感器

● USB電流表

● 面包板

● 連接線

USB電流表

USB電流表是一種即插即用設(shè)備，用于測量任何USB端口的電壓和電流。加密狗插入USB電源（計算機(jī)USB端口）和USB設(shè)備（Arduino）之間。該器件具有與電源引腳串聯(lián)的0.05歐姆電阻，通過它可以測量所消耗的電流值。該設(shè)備配有四個七段顯示屏，可立即顯示連接設(shè)備消耗的電流和電壓值。這些值以每三秒的間隔刷新。

電路原理圖

在上面的演示中演示了Arduino深度睡眠模式，Arduino插入USB電流表，然后將USB電流表插入筆記本電腦的USB端口。 DHT11傳感器的數(shù)據(jù)引腳連接到Arduino的D2引腳。

代碼說明

首先包含DHT11傳感器和LowPower庫。要下載LowPower庫，請單擊此鏈接。然后我們定義了DHT11的數(shù)據(jù)引腳所連接的Arduino引腳編號，并定義了一個DHT對象。

#include

#include

#define dataPin 2

dht DHT;

在void setup()函數(shù)中，我們使用serial.begin(9600)啟動了串行通信，這里9600是波特率。我們使用Arduino的內(nèi)置LED作為睡眠模式的指示器。因此，我們將引腳設(shè)置為輸出，將數(shù)字寫入設(shè)置為低電平。

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(LED_BUILTIN,OUTPUT);

digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);

}

在void loop()函數(shù)中，我們將內(nèi)置LED設(shè)為HIGH，并從傳感器讀取溫度和濕度數(shù)據(jù)。在這里，DHT.read11();函數(shù)是從傳感器讀取數(shù)據(jù)。計算完數(shù)據(jù)后，我們可以通過將值保存到任何變量來檢查這些值。在這里，我們采用了兩個浮點型變量't'和'h'。因此，溫度和濕度數(shù)據(jù)在串口監(jiān)視器上串行打印。

void loop() {

Serial.println("Get Data From DHT11");

delay(1000);

digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);

int readData = DHT.read11(dataPin); // DHT11

float t = DHT.temperature;

float h = DHT.humidity;

Serial.print("Temperature = ");

Serial.print(t);

Serial.print(" C | ");

Serial.print("Humidity = ");

Serial.print(h);

Serial.println(" % ");

delay(2000);

在啟用睡眠模式之前，我們正在打印“Arduino: - I am going for a Nap”并使內(nèi)置LED為低電平。之后，在代碼中使用下面提到的命令啟用Arduino睡眠模式。

下面的代碼啟用Arduino的空閑周期性睡眠模式，并提供8秒的睡眠。它將ADC、定時器、SPI、USART、2線接口轉(zhuǎn)為OFF狀態(tài)。

然后它會在8秒后自動從睡眠中喚醒Arduino并打印出“Arduino:- Hey I just Woke up”。

Serial.println("Arduino:- I am going for a Nap");

delay(1000);

digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);

LowPower.idle(SLEEP_8S, ADC_OFF, TIMER2_OFF, TIMER1_OFF, TIMER0_OFF,

SPI_OFF, USART0_OFF, TWI_OFF);

Serial.println("Arduino:- Hey I just Woke up");

Serial.println("");

delay(2000);

}

因此，通過使用此代碼，Arduino將在一分鐘內(nèi)喚醒24秒，并在36秒的剩余時間內(nèi)保持睡眠狀態(tài)，這將顯著降低Arduino氣象站的功耗。

因此，如果我們將Arduino與睡眠模式一起使用，我們可以將設(shè)備運(yùn)行時間顯著增加。
編輯：hfy