Existem muitas discussões online sobre como colocar vários microcontroladores em modo de hibernação profunda para atingir este objetivo. De facto, o ESP32 microWatt foi concebido com base neste conceito, e é por isso que possui um conversor buck integrado em vez de um regulador de tensão linear. O conversor buck não só é mais eficiente na geração do barramento de 3,3 V, como também apresenta uma queda de tensão muito menor. Considerando que o ESP32 microWatt foi concebido para ser alimentado por uma bateria LiPo de 3,7 V/4,2 V de célula única... Mas isso não vem ao caso neste post.

O que mostramos nesta publicação é a resposta térmica dos microcontroladores durante o modo de hibernação profunda, bem como nos modos ativos. A nossa câmara térmica consegue detetar com precisão quando o microcontrolador desperta, pois a sua assinatura térmica aumenta rapidamente. De seguida, durante a hibernação profunda, podemos observar a dissipação do calor na placa de circuito impresso e nos componentes próximos.

Para os nossos testes, estamos a considerar duas placas de desenvolvimento de microcontroladores populares:

PTSolns Nano Flip e
PTSolns ESP32 microwatts

Nestas duas placas de desenvolvimento estão integrados microcontroladores (o ATmega328P para o Nano Flip e o ESP32 para o ESP32 microWatt), que aquecem e arrefecem como esperado. Mas esta experiência demonstra porque é que o ESP32 microWatt é a escolha ideal para qualquer aplicação alimentada por bateria. Continue a ler para descobrir o porquê!

Configuração de teste:
Cada uma das duas placas foi configurada de forma semelhante. Ambas possuem um botão externo que alterna o microcontrolador entre o modo de hibernação profunda e o modo ativo. Durante a hibernação profunda, todos os dispositivos que podem ser desligados são desativados. Durante o modo ativo, executamos alguns programas que sobrecarregam o microcontrolador e também piscamos o LED integrado rapidamente.

Como pode ver no vídeo, precisamos de melhorar o comportamento do botão (bounce), pois os pressionamentos por vezes não são registados corretamente. No entanto, isto não é um grande problema para o que estamos aqui a fazer. Um simples debounce por software resolveria o problema.

No caso do Nano Flip, a alimentação é feita através do cabo USB-C ligado. Nesta placa de desenvolvimento, faz pouca diferença se a alimentação vem da porta USB-C ou do pino Vin. Em ambos os casos, o CI CH340 integrado é alimentado, consumindo uma pequena corrente e, portanto, produzindo uma assinatura térmica que podemos captar com a câmara térmica.

No ESP32 microWatt, a alimentação vem do pino Vin externo. Isto é importante porque, com esta configuração, o CI CH340 integrado permanece DESLIGADO, poupando energia. Podemos ver isso facilmente na câmara térmica.

Por fim, para juntar tudo, o Nano Flip está dentro do NTEA-LG e o ESP32 microWatt está dentro do ESP BoB. Ambas as placas adaptadoras tornam esta configuração super rápida e prática. Não é necessário utilizar uma placa de ensaio.

Uma última observação sobre a configuração. Como o ESP32 está encapsulado numa caixa metálica (provavelmente para conformidade com as normas da FCC), removemo-la à força para expor o circuito integrado do ESP32 e obter uma melhor imagem térmica. Na realidade, é bastante fácil remover a caixa metálica sem qualquer força; basta um alicate de bico fino.

Resultados:
Para obter os resultados completos, consulte o vídeo . Verificámos que os microcontroladores aquecem muito rapidamente em relação aos componentes circundantes assim que são ativados ao premir um botão. Assim que entram no modo de baixo consumo (modo de hibernação profunda), o pico de aquecimento do microcontrolador diminui e é dissipado na placa de circuito impresso (PCB) e nos componentes próximos. Tanto o ATmega328 integrado no Nano Flip como o ESP32 integrado no ESP32 microWatt comportam-se da mesma forma.

A imagem seguinte mostra a imagem térmica 3D do CI ESP32 em modo ativo. O ponto quente no centro está localizado no próprio CI. Note-se que, quando dizemos "quente", na realidade não está assim tão quente, estando dentro das condições normais e seguras de funcionamento.

Imagem da resposta térmica dos microcontroladores durante o modo de repouso profundo e em modo ativo

O que achámos interessante durante estes testes foi a forma como o CH340 aquece no Nano Flip, mas permanece frio no ESP32 microWatt. Isto deve-se ao design da placa e é um forte indício de que está a funcionar corretamente. Esta é também outra razão pela qual o ESP32 microWatt é uma ótima opção para aplicações alimentadas por bateria: o CI CH340 permanece desligado quando não está a ser utilizado.

Por fim, observámos também um artefacto interessante que abordámos logo no início do vídeo: a reflexão da luz infravermelha (IV). Componentes metálicos brilhantes, como a porta USB-C, os invólucros metálicos no interior do vidro (no ESP32) ou até mesmo os fios dos componentes, podem parecer mais quentes do que realmente estão, refletindo a luz IV e enganando a câmara. Vemos isso claramente no Nano Flip logo no início do vídeo. A placa está em completo equilíbrio térmico e não está de todo energizada (está desligada há mais de 10 horas). No entanto, quando gravada com a câmara térmica, alguns dos componentes metálicos brilhantes aparecem vários graus mais quentes. Este artefacto ou fenómeno muda com o ângulo ou quando a placa é rodada. Isto pode ser um pouco confuso no início — "Porque é que ESTA parte está a aquecer?" — mas é fácil de identificar depois de saber o que é.

Autor: Rolf Horn, DigiKey