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ESP32-S3低功耗极限挑战：硬件定时上电 + 电子墨水 + 太阳能自给

ESP32-S3低功耗极限挑战：硬件定时上电 + 电子墨水 + 太阳能自给

2025-11-18 10:34:07 58

想做一块全天候、完全无线、几乎“零待机功耗”的天气看板？这个项目把关键路径走通了：ESP32-S3 + 三色电子墨水屏 + 太阳能采能 + 硬件定时上电。目标形态是——贴在窗边，白天靠阳光给电池充电，定时联网取天气，刷新电子墨水后完全断电，安静等下一个唤醒周期。

项目亮点

真·低功耗：用 TPL5110 做“硬件定时电源开关”，刷新完成后由 MCU 拉 DONE 脚断电，待机泄漏接近零；不是单靠深睡。
贴窗即用：小尺寸单晶硅太阳能片 + 采能管理，室内漫反射下也能起充。
“断电保持”天然适配：电子墨水屏刷新后无需供电，图像自然保持。
固件来源清晰：基于成熟气象站代码适配，填好 OpenWeatherMap 凭据即可运行。

工作原理（Power & Wake 策略）

采能与储能：太阳能板 → 采能管理（如 SPV1050）→ LiPo 充电。
定时上电：TPL5110 周期性闭合电源，整机上电；ESP32-S3 快速联网取数。
一次性任务：渲染当前天气/预报、温度体感、湿度、风力等到 2.13" 三色墨水屏。
任务即断电：MCU 拉 DONE → TPL5110 断电 → 进入“硬断电待机”。

实测要点：Wi-Fi 上电冲击大，电池端并 1000 µF 电解电容可显著改善瞬态掉压导致的“断电回跳”问题。

主要硬件

ESP32-S3 Mini（主控）
2.13" 三色电子墨水屏（SSD1680 系）
三片小型单晶硅太阳能电池
SPV1050（太阳能采能/充电管理）
TPL5110（超低功耗硬件定时器/电源开关）
3.7 V 500 mAh LiPo 电池
TPS73733 低压差 LDO（替换板载 LDO）
1000 µF/10 V 电解电容
三段式 3D 打印外壳

低功耗“外科手术”

拆掉板载 RGB LED：消除常亮/漏电。
替换板载 LDO → TPS73733：降低压差与静态电流，扩大可用电量区间。
加粗供电走线：VBUS/+3V3 改粗，抬升上电瞬态稳定性。

连接与装配

电源链路：太阳能板 → SPV1050 → 电池 → TPL5110 →（系统电源）→ ESP32-S3 & 墨水屏。
DONE/DRIVE：MCU 通过 DONE 通知 TPL5110 断电；定时到达由 DRIVE 重新上电。
外壳与走线：先打印外壳做“线长拟合”，再裁线/端子化（JST-XH 建议），减少返工。

固件与数据

数据源：OpenWeatherMap（需自备 API Key）。
配置要点：在凭据头文件填入 API Key 与城市（或经纬度），设定刷新周期（与当地采光匹配）。
UI 内容：当前天气图标、温度/体感温度、湿度、风力、未来若干小时/天的简版预报。

开源代码库：https://github.com/rsappia/Solar_E-Ink_Weather_Station

工程师避坑清单

别只靠深睡：μA 级也会把电池慢慢拖空；硬断电是关键。
抗冲击：Wi-Fi 上电电流峰值用大电容缓冲；必要时评估 MOSFET SOA。
室内光预期：漫反射环境下刷新频率要降；优先保证“必刷信息”完整。
机械细节：屏幕压框与支撑柱留出热胀冷缩余量，防止长时间翘角。
时间基准：若断电周期过长，建议在上电后先校时（NTP/本地 RTC）再刷新。

把“超低功耗”沉淀成可复用的工程积木

这不是“屏 + 单片机 + 电池”的拼装，而是一套可迁移的范式：采能管理 → 定时上电 → 任务即断电 → 电子墨水保持。跑通一次，你就得到一块能直接移植到离线告示牌、门口提示屏、环境仪表盘的低功耗积木。接下来，把刷新节奏、数据排版和 PCB 集成做成你的版本，让窗边的阳光，持续为它“供电”。