__        ___  _____ _____ ____  ___ _   _ ____       _________  
\ \      / / \|_   _| ____|  _ \|_ _| | | / ___|     |___ /___ \ 
 \ \ /\ / / _ \ | | |  _| | |_) || || | | \___ \ _____ |_ \ __) |
  \ V  V / ___ \| | | |___|  _ < | || |_| |___) |_____|__) / __/ 
   \_/\_/_/   \_\_| |_____|_| \_\___|\___/|____/     |____/_____|

Познавательно-исследовательский проект

Цель экспиремента

Перенести логику и наработанные механизмы проекта Waterius на моно кристал ESP32. Основные постулаты:

Во главе угла проекта долгосрочная автономная работа от элементов питания
Простота сборки, настройки и управления
Большое кол-во IO портов для подключения сенсоров
Передача данных через WiFi или NB-IoT
COAP протокол для NB-IoT, и для WiFi

Прототип устройства

Прототип устройства выполнен в распределительной коробке, резиновые заглушки позволили удобно и герметично разместить NB-IoT антенну и светодиод индикатора. Кнопка управления размешена внутри одной из резиновых заглушек, для нажатия необходимо продавить заглушку - материал не жесткий, податливый. WiFi антенна размещена на плате модуля ESP32, и наружу не выведена.

Изготовление

Архитектура

Используемые GPIO:

  GPIO-25 - Setup button

  GPIO-32 - analog counter_0 (Namur), using internal PullUp
  GPIO-33 - analog counter_1 (Namur), using internal PullUp

  GPIO-02 - BUILD IN LED
  GPIO-05 - HIGH level activate additional power supply for WiFi/BT purpose
  GPIO-27 - Measuring Input voltage, after LDO

  GPIO-04 - the sourse of reference voltage for sensors
  GPIO-34 - Water Sensor 0
  GPIO-35 - Water Sensor 1
  GPIO-36 - Water Sensor 2
  GPIO-39 - Water Sensor 3
  
  GPIO-16 - RX NB-IOT
  GPIO-17 - TX NB-IOT
  GPIO-18 - EN NB-IOT

Кнопка управления

Проблемы

Как оказалось, при детальном погружении в тему, не понятно чем питать ESP32. Рекомендации разработчиков 3.3в минимум 500мА источник. Широко распространенные LDO способные отдать такой ток имеют высокое потребление по сравнению с потреблением всей схемы в режиме покоя. В интернетах народ не парится, а использует прямое подключение к элементам питания LiFePo4, так себе решение.
Сопроцессор ULP на котором реализована логика опроса датчиков программируется на ассемблере, очень сильно урезанном ассемблере.
Как отлаживать асемблерный код ULP?
Кто-нибудь знает как получить из ULP текущее значение регистра PC?!
В рамках проекта на ULP возложены функции считывания данных с ADC, усреднение значений, инкрементация значений счетчиков, обработка данных с digital датчиков, обработка кнопки управления, пробуждение CPU в случае необходимости. Все эти задачи порождают не малую простынку ассемблерного кода и в конце концов получаем ошибку -

ulp_process_macros_and_load(): program too big: 133 words, max is 128 words
  ERROR     (ULP) : Error loading ULP code!

VSCode и Platformio с ардуино фреймворком используют прекомпелированные файлы собраны с параметром CONFIG_ULP_COPROC_RESERVE_MEM 512. Решение с простор интернета Increase ULP program size

В момент пробуждения CPU из глубокого сна ULP получает от АЦП некорректные значения ESP32 ULP ADC sampling glitch during wakeup. Что с этим делать не совсем ясно.

ID: 1505         Value: 171
ID: 1506         Value: 171
ID: 1507         Value: 172
ID: 1508         Value: 170
ID: 1509         Value: 172
ID: 1510         Value: 170
ID: 1511         Value: 171
ID: 1512         Value: 4095 <- Bug, while wakeup CPU
ID: 1513         Value: 170
ID: 1514         Value: 169
ID: 1515         Value: 171
ID: 1516         Value: 170
ID: 1517         Value: 170
ID: 1518         Value: 169
ID: 1519         Value: 169
ID: 1520         Value: 168

На борту ESP два ADC (18 pins maximum), но если в проекте испльзуется WiFi, то доступен к использованию только ADC-1. Но 4 его канала не имею встроенной подтяжки, а 2 заняты конденсаторами analogRead not working on pins 37,38. Из 18 остается ВСЕГО два ADC канала для наших нужд.

//     ADC1_CHANNEL_0 = 0, /*!< ADC1 channel 0 is GPIO36 */ - без internal PullUp/PullDown
//     ADC1_CHANNEL_1,     /*!< ADC1 channel 1 is GPIO37 */ - SENSOR_CAPP
//     ADC1_CHANNEL_2,     /*!< ADC1 channel 2 is GPIO38 */ - SENSOR_CAPN
//     ADC1_CHANNEL_3,     /*!< ADC1 channel 3 is GPIO39 */ - без internal PullUp/PullDown
//     ADC1_CHANNEL_4,     /*!< ADC1 channel 4 is GPIO32 */
//     ADC1_CHANNEL_5,     /*!< ADC1 channel 5 is GPIO33 */
//     ADC1_CHANNEL_6,     /*!< ADC1 channel 6 is GPIO34 */ - без internal PullUp/PullDown
//     ADC1_CHANNEL_7,     /*!< ADC1 channel 7 is GPIO35 */ - без internal PullUp/PullDown

Результат

Потребление в различных режимах (with Debug output):

20-30 мкА ESP32 в режиме DeepSleep, с запущенным ULP, ведется подсчет импульсов
53 мА ESP32 в нормальный режиме работы, ULP ведет подсчет импульсов, WiFi/BT выключены
130 мА ESP32 в нормальном режиме работы, ULP ведет подсчет импульсов, WiFi подключен и передаются данные, BT выключен
80-130 мА ESP32 в нормальном режиме работы, ULP ведет подсчет импульсов, WiFi/BT выключены, NB-IoT модем активирован, регистрация в LTE сети и передача данных

Вывод

Предварительно, в связи с все новыми и новыми открывающимися проблемами и ограничениями платформы ESP32, легаси проект Waterius - дешевле, проще, автономнее. Реализация на ESP32 целесообразна в случае возникновения необходимости управлять большим числом IO или использования GSM/UMTS/LTE/NB-IoT модема

OloloevReal/Waterius32