Implementiere WiFi-Integration und Projektverbesserungen

- WiFi-Aktivierung für A/B-Test (bootCount ungerade = WiFi ON, gerade = WiFi OFF)
- Zyklusende nach TOTAL_CYCLES*2 Boots implementiert
- SERIAL_DEBUG-Guards für alle Debug-Ausgaben hinzugefügt
- Secrets-Schutz: config.h in .gitignore, config_example.h als Template
- Funktionsfehler behoben: esp_reset_cause → esp_reset_reason
- Dokumentation aktualisiert (README, Info.md, CLAUDE.md)
- USB-Anforderungen für Upload und Serial Monitor dokumentiert
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XPS\Micro 2026-04-19 11:17:28 +02:00
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6
.gitignore vendored Normal file
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@ -0,0 +1,6 @@
.pio
.vscode/.browse.c_cpp.db*
.vscode/c_cpp_properties.json
.vscode/launch.json
.vscode/ipch
include/config.h

51
CLAUDE.md Normal file
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@ -0,0 +1,51 @@
# CLAUDE.md
This file provides guidance to Claude Code (claude.ai/code) when working with code in this repository.
## Project Overview
ESP32-C3 firmware for measuring power consumption across different sleep states using a PowerProfiler Kit II. The firmware cycles between active periods (5s, LED on) and deep sleep (30s, minimal power), with optional WiFi enabling for A/B testing.
## Build & Development
All commands use PlatformIO. Board: `esp32-c3-devkitm-1`, Framework: Arduino
```bash
# Build firmware
pio run -e esp32-c3-devkitm-1
# Upload to device
pio run -e esp32-c3-devkitm-1 -t upload
# Monitor serial output (115200 baud)
pio device monitor -b 115200
# Clean build artifacts
pio run -e esp32-c3-devkitm-1 -t clean
```
## Architecture
**Single-purpose firmware** with execution entirely in `setup()``loop()` is never reached due to `esp_deep_sleep_start()`.
**Key design pattern**: RTC memory persistence via `RTC_DATA_ATTR` variables (e.g., `bootCount`) survive deep sleep resets, allowing multi-cycle experiments without external state.
**Control flow**:
1. Boot → increment RTC counter
2. Report reset reason and cycle status
3. LED on for `ACTIVE_DURATION_MS`
4. Configure timer wakeup for `SLEEP_DURATION_S`
5. Enter deep sleep (CPU halts, only RTC timer remains)
6. Auto-wakeup via RTC timer → restart from boot
**Configuration** (all in `include/config.h`):
- `SLEEP_DURATION_S`: Deep sleep interval
- `ACTIVE_DURATION_MS`: Time spent awake (measurement window)
- `TOTAL_CYCLES`: Number of complete cycles to run
- `WIFI_ENABLED_CYCLE_1/2`: Alternating WiFi on/off for A/B measurement comparison
Serial debug output includes reset reason code (5 = DEEPSLEEP_RESET) for timing validation and cycle tracking.
## Power Measurement Setup
Device connects via PowerProfiler Kit II (supplies power + measures current). Use nRF Power Profiler app on host to record measurements. Firmware will cycle autonomously once uploaded; each boot generates serial output for correlation with profiler traces.

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@ -9,29 +9,42 @@ Dieses PlatformIO-Projekt misst die Stromaufnahme eines ESP32-C3 in verschiedene
- **UART (Optional)** → RX/TX für Debug-Output
### 2. Konfiguration
Datei `include/config.h` anpassen:
Datei `include/config_example.h` kopieren zu `include/config.h` und anpassen:
```bash
cp include/config_example.h include/config.h
```
Dann in `include/config.h` bearbeiten:
- `SLEEP_DURATION_S`: Deep Sleep Dauer (Standard: 30s)
- `ACTIVE_DURATION_MS`: Zeit wach (Standard: 5s)
- `WIFI_SSID/WIFI_PASSWORD`: WLAN Credentials falls benötigt
- `WIFI_SSID/WIFI_PASSWORD`: Deine WLAN Credentials eintragen
- `TOTAL_CYCLES`: Anzahl Messvorgänge
**⚠️ Wichtig**: `config.h` ist in `.gitignore` aufgeführt — Credentials werden nicht in git committed.
### 3. Kompilieren & Hochladen
**Voraussetzung**: ESP32-C3 per **Micro-USB** mit Computer verbinden
In VSCode mit PlatformIO:
```
Ctrl+Shift+P → PlatformIO: Build
Ctrl+Shift+P → PlatformIO: Upload
Ctrl+Shift+P → PlatformIO: Build (USB nicht nötig)
Ctrl+Shift+P → PlatformIO: Upload (USB erforderlich!)
```
Oder Terminal:
```bash
pio run -e esp32-c3-devkitm-1 -t upload
pio run -e esp32-c3-devkitm-1 # Kompilieren
pio run -e esp32-c3-devkitm-1 -t upload # Hochladen (USB erforderlich!)
```
### 4. Serial Monitor
**Voraussetzung**: ESP32-C3 bleibt per USB angesteckt
```bash
pio device monitor -b 115200
```
Zeigt Echtzeit-Debug-Ausgabe der laufenden Firmware. Mit `Ctrl+C` beenden.
## Messbetrieb
Das Programm läuft automatisch in Zyklen:

367
docs/Info.md Normal file
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@ -0,0 +1,367 @@
# ESP32-C3 Power Measurement Projekt Dokumentation
## Projektübersicht
Dieses Projekt misst die **Stromaufnahme eines ESP32-C3** in verschiedenen Betriebszuständen mithilfe des **PowerProfiler Kit II** von Nordic Semiconductor. Das Ziel ist es, das Stromverbrauchsprofil des Mikrocontrollers unter verschiedenen Bedingungen (Deep Sleep, aktiv, mit/ohne WLAN) zu charakterisieren.
---
## 1. Systemarchitektur
```
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ PowerProfiler Kit II (extern) │
│ ┌─────────────────┬─────────────────┐ │
│ │ Stromquelle │ Strommessung │ │
│ │ (VDD) │ (Datenerfassung│ │
│ └────────┬────────┴────────┬────────┘ │
└──────────────┼────────────────┼───────────────────────┘
│ │
↓ ↓
┌─────────────────────────────┐
│ ESP32-C3 DevKit │
│ │
│ ┌───────────────────────┐ │
│ │ Firmware (Arduino) │ │
│ │ │ │
│ │ • RTC-Memory │ │
│ │ • Deep Sleep Timer │ │
│ │ • GPIO/LED Control │ │
│ │ • Serial Debug │ │
│ └───────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────┘
┌─────────────────────────────┐
│ nRF Power Profiler App │
│ (Windows/macOS/Linux) │
│ → Grafische Messdaten │
└─────────────────────────────┘
```
---
## 2. Hardware-Verbindungen
### PowerProfiler Kit II ↔ ESP32-C3
| PowerProfiler Signal | ESP32-C3 Pin | Funktion |
|:---|:---|:---|
| **GND** | GND | Masse |
| **VDD** | 5V / 3V3 | Stromversorgung |
| **USB (zur Host-PC)** | — | Datenübertragung & Kalibrierung |
### ESP32-C3 GPIO (Optional)
| GPIO | Funktion | Status |
|:---|:---|:---|
| **GPIO 2 (LED_BUILTIN)** | Status-LED | High = aktiv, Low = deep sleep |
| **GPIO 9 (RX)** | Externe Wakeup (optional) | Konfigurierbar in main.cpp |
| **GPIO 20 (TX) / GPIO 21 (RX)** | Serial Monitor (UART) | 115200 Baud |
**Aktuelle Konfiguration**: Deep Sleep wird nur per Timer ausgelöst, GPIO-Wakeup ist optional.
---
## 3. Firmware-Ausführungsfluss
### Übersicht: Boot-Zyklus
```
┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│ Power-On Reset │
│ oder RTC-Timer Wakeup │
└────────────────────┬────────────────────────────────┘
┌────────────────────────────┐
│ setup() wird ausgeführt │
│ (loop() läuft nie!) │
└────────┬───────────────────┘
┌─────────────────────────────────┐
│ 1. Serial initialisieren │
│ 2. bootCount++ (RTC-Speicher) │
│ 3. Boot-Information ausgeben: │
│ • Boot-Nummer │
│ • Reset-Grund │
│ • Aktuelle Cycle-Nr. │
│ • WiFi-Status │
└────────────┬────────────────────┘
┌────────────────────────────┐
│ LED einschalten (HIGH) │
│ ACTIVE_DURATION_MS warten │
│ (Standard: 5000ms = 5s) │
└────────┬───────────────────┘
┌──────────────────────────────────────┐
│ 4. Cycle-Status ausgeben │
│ 5. Sleep-Dauer ankündigen │
│ 6. Serial-Buffer leeren (flush) │
└──────────┬───────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────┐
│ esp_sleep_enable_timer_wakeup() │
│ (SLEEP_DURATION_S * 1.000.000 µs) │
│ Standard: 30 Sekunden │
└──────────┬───────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────┐
│ LED ausschalten (LOW) │
│ esp_deep_sleep_start() │
│ → CPU-Halt, nur RTC läuft │
└──────────┬───────────────────────────┘
[DEEP SLEEP]
Dauer: SLEEP_DURATION_S
Stromaufnahme: µA-Bereich
┌──────────────────────────────────────┐
│ RTC-Timer läuft ab → Wakeup │
│ Reset-Grund: DEEPSLEEP_RESET (Code) │
│ bootCount bleibt erhalten │
└──────────┬───────────────────────────┘
[Rückkehr zu setup()]
← Der Zyklus beginnt von vorne
```
### Reset-Ursachen (esp_reset_cause)
| Code | Bedeutung | Häufigkeit |
|:---|:---|:---|
| **1** | Power-On Reset | Einmalig beim Start |
| **5** | Deep Sleep Reset | Jeder Wakeup aus Timer |
| **6** | GPIO Reset (ext. Wakeup) | Nur mit GPIO-Konfiguration |
**Wichtig**: Die Firmware prüft die Reset-Ursache, um zwischen erstem Boot und regelmäßigen Wakeups zu unterscheiden.
---
## 4. Konfigurationsparameter
Alle Einstellungen befinden sich in `include/config.h`:
```c
// Zyklusparameter
#define SLEEP_DURATION_S 30 // Deep Sleep Dauer [Sekunden]
#define ACTIVE_DURATION_MS 5000 // Aktive Zeit [Millisekunden]
#define TOTAL_CYCLES 10 // Anzahl Messzyklen
// WLAN-Parameter
#define WIFI_SSID "YOUR_SSID"
#define WIFI_PASSWORD "YOUR_PASSWORD"
#define WIFI_ENABLED_CYCLE_1 true // A/B-Test: Erste Messung MIT WLAN
#define WIFI_ENABLED_CYCLE_2 false // A/B-Test: Zweite Messung OHNE WLAN
// Debug
#define SERIAL_DEBUG 1 // Serial-Output aktivieren
```
### Berechnete Werte
```
Gesamtdauer pro Zyklus = SLEEP_DURATION_S + (ACTIVE_DURATION_MS / 1000)
= 30 + 5 = 35 Sekunden (Beispiel)
Gesamtmessdauer = TOTAL_CYCLES × Gesamtdauer pro Zyklus
= 10 × 35 = 350 Sekunden ≈ 5,8 Minuten
```
---
## 5. RTC-Memory (Datenpersistierung über Sleep)
### Was ist RTC-Memory?
RTC = **Real Time Clock**. Während Deep Sleep sind fast alle Komponenten des ESP32-C3 ausgeschaltet, aber der RTC-Timer läuft mit minimalem Stromverbrauch weiter. RTC-Memory behält seinen Zustand.
### Verwendung im Projekt
```cpp
RTC_DATA_ATTR uint32_t bootCount = 0;
```
- **RTC_DATA_ATTR**: Speichert die Variable in RTC-Memory
- **bootCount**: Wird bei jedem Boot inkrementiert, bleibt über Deep Sleep erhalten
- **Nutzen**: Tracking der Messvorgänge ohne externe Speicherung
### Ablauf
```
Boot #1: bootCount=1, Deep Sleep 30s
Boot #2: bootCount=2 (erhalten!), Deep Sleep 30s
Boot #3: bootCount=3 (erhalten!), Deep Sleep 30s
...
Boot #10: bootCount=10, fertig
```
---
## 6. Serial-Debug-Output
### Beispiel-Ausgabe
```
=== ESP32-C3 Power Measurement ===
Boot #1
Reset Reason: 5
Cycle: 1/20 | WiFi: ON
Going to sleep for 30 seconds...
=== ESP32-C3 Power Measurement ===
Boot #2
Reset Reason: 5
Cycle: 2/20 | WiFi: OFF
Going to sleep for 30 seconds...
[weitere Zyklen...]
```
### Ausgabe-Bedeutung
| Feld | Erklärung |
|:---|:---|
| **Boot #X** | Seitwert seit Erstes Einschalten |
| **Reset Reason: 5** | DEEPSLEEP_RESET = regulärer Wakeup |
| **Cycle: X/20** | Aktuelle Messposition / Gesamtanzahl |
| **WiFi: ON/OFF** | A/B-Test-Status: Ist WLAN aktiviert? |
### Serial-Monitoring
**Voraussetzung**: ESP32-C3 per USB mit Computer verbunden (bleibt angesteckt während der Messung).
```bash
# Terminal-Verbindung starten (115200 Baud)
pio device monitor -b 115200
# ESP32-spezifische Exception-Dekodierung
pio device monitor -b 115200 --filter=esp32_exception_decoder
```
Mit `Ctrl+C` beenden.
---
## 7. Power-Measurement-Prozess
### Physikalischer Ablauf
```
┌──────────────────────────────────────────┐
│ nRF Power Profiler App öffnen (Host-PC) │
└────────────┬─────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────┐
│ PowerProfiler Kit II via USB anschließen│
│ → Firmware kalibrieren & starten │
└────────────┬─────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────┐
│ ESP32-C3 per Micro-USB anschließen │
│ (bleibt während Messung angesteckt) │
└────────────┬─────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────┐
│ Recording starten (PowerProfiler App) │
│ → Profiler erfasst Stromkurve │
└────────────┬─────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────┐
│ Firmware hochladen (pio run -t upload) │
│ → Firmware startet automatisch │
└────────────┬─────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────┐
│ Firmware läuft Zyklen (Stromzustandsändr.│
│ → Power Profiler erfasst Daten │
│ → Serial Monitor zeigt Milestones │
└────────────┬─────────────────────────────┘
┌──────────────────────────────────────────┐
│ Nach TOTAL_CYCLES: Gerät bleibt im │
│ Deep Sleep (RTC Timer wartet) │
│ → Recording stoppen │
│ → Messungen exportieren/analysieren │
└──────────────────────────────────────────┘
```
### Messgröße und Genauigkeit
- **PowerProfiler Kit II Genauigkeit**: µA-Bereich (Mikro-Ampere)
- **Samplingrate**: App-abhängig (typisch: 1 kHz oder mehr)
- **Zeitsynchronisation**: Serial-Output (Boot/Sleep-Ankündigung) korreliert mit Stromkurve
- **A/B-Test**: Vergleich Cycle 1 (WiFi-ON) vs. Cycle 2 (WiFi-OFF) zeigt WiFi-Stromverbrauch
---
## 8. Erweiterungsmöglichkeiten
### 1. WiFi-Aktivierung
```cpp
if (wifiEnabled) {
WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
// Stromaufnahme während WiFi-Verbindung messen
}
```
### 2. BLE statt WiFi
```cpp
#include <BLEDevice.h>
// BLE-Beacon oder Scan für höhere Stromaufnahme als WiFi
```
### 3. GPIO-Trigger für genaue Timing
```cpp
// Pin 9 als Wakeup-Quelle statt nur Timer
esp_sleep_enable_ext0_wakeup(GPIO_NUM_9, 0);
```
### 4. Längere Messserien
Erhöhen Sie `TOTAL_CYCLES` für längere Messzeiten (z. B. 100 Zyklen = ~58 min bei 35s Periode).
---
## 9. Troubleshooting
| Problem | Ursache | Lösung |
|:---|:---|:---|
| Gerät startet nicht | Zu viel Strom beim Upload | PowerProfiler ausschalten, dann erneut hochladen |
| Keine Serial-Ausgabe | Falsche Baud-Rate | Auf 115200 Baud stellen |
| bootCount setzt sich zurück | Stromunterversorgung | PowerProfiler-Verbindung prüfen |
| Unerwartetes Wakeup | GPIO-Interferenz | GPIO-Wakeup deaktivieren |
| Stromzustandssprünge | WiFi-Activity | WIFI_ENABLED_CYCLE Flags prüfen |
---
## 10. Zusammenfassung: Messprinzip
1. **Setup**: PowerProfiler Kit II liefert Strom, nRF App erfasst Stromkurve
2. **Firmware-Laden**: Enthält Konfiguration (Sleep-/Wakeup-Parameter, WiFi-Flags)
3. **Boot-Zyklus**: Jeder Boot inkrementiert `bootCount`, wartet `ACTIVE_DURATION_MS`, schläft dann `SLEEP_DURATION_S`
4. **RTC-Memory**: Erhält `bootCount` über Sleep-Phasen
5. **Messdaten**: Stromkurve vom PowerProfiler + Serial-Milestones vom ESP32 → Korrelation = genaues Profil
6. **A/B-Test**: Erste Messung (WiFi-ON) vs. zweite Messung (WiFi-OFF) direkt vergleichbar
---
## Dateien & Verzeichnisse
```
ESP32C3-ULP/
├── src/
│ └── main.cpp ← Hauptfirmware
├── include/
│ └── config.h ← Alle Konfigurationsparameter
├── platformio.ini ← PlatformIO-Konfiguration
├── README.md ← Kurze Anleitung
├── CLAUDE.md ← Hinweise für Claude Code
└── docs/
└── Info.md ← Diese Datei
```
---
**Version**: 1.0
**Letztes Update**: 19.04.2026
**Autor**: Projekt-Dokumentation

19
include/config_example.h Normal file
View File

@ -0,0 +1,19 @@
#ifndef CONFIG_H
#define CONFIG_H
// Zyklusparameter
#define SLEEP_DURATION_S 30 // Deep Sleep Dauer in Sekunden
#define ACTIVE_DURATION_MS 5000 // Aktive Zeit in Millisekunden
#define TOTAL_CYCLES 10 // Gesamte Anzahl Zyklen
// WLAN Parameter (kann per Schleife ändern)
// HINWEIS: Kopiere diese Datei zu config.h und trage deine echten Credentials ein!
#define WIFI_SSID "YOUR_SSID"
#define WIFI_PASSWORD "YOUR_PASSWORD"
#define WIFI_ENABLED_CYCLE_1 true // Erstes Experiment: WLAN aktiviert
#define WIFI_ENABLED_CYCLE_2 false // Zweites Experiment: WLAN deaktiviert
// Debug Output
#define SERIAL_DEBUG 1
#endif

View File

@ -7,14 +7,16 @@
RTC_DATA_ATTR uint32_t bootCount = 0;
void setup() {
#if SERIAL_DEBUG
Serial.begin(115200);
delay(500);
bootCount++;
Serial.println("\n\n=== ESP32-C3 Power Measurement ===");
Serial.printf("Boot #%lu\n", bootCount);
Serial.printf("Reset Reason: %d\n", esp_reset_cause());
Serial.printf("Reset Reason: %d\n", esp_reset_reason());
#endif
bootCount++;
// GPIO initialisieren (optional, für externe Trigger/Status-LED)
pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
@ -27,12 +29,40 @@ void setup() {
uint32_t currentCycle = (bootCount - 1) % (TOTAL_CYCLES * 2);
bool wifiEnabled = (bootCount % 2 == 1) ? WIFI_ENABLED_CYCLE_1 : WIFI_ENABLED_CYCLE_2;
#if SERIAL_DEBUG
Serial.printf("Cycle: %lu/%u | WiFi: %s\n", currentCycle + 1, TOTAL_CYCLES * 2,
wifiEnabled ? "ON" : "OFF");
#endif
// Vor Sleep: Statistiken ausgeben
// WiFi aktivieren falls konfiguriert
if (wifiEnabled) {
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
uint8_t attempts = 0;
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && attempts < 20) {
delay(500);
attempts++;
}
#if SERIAL_DEBUG
Serial.printf("WiFi: %s\n", WiFi.status() == WL_CONNECTED ? "Connected" : "Failed");
#endif
WiFi.disconnect(true);
WiFi.mode(WIFI_OFF);
}
#if SERIAL_DEBUG
Serial.printf("Going to sleep for %d seconds...\n", SLEEP_DURATION_S);
Serial.flush();
#endif
// Nach allen Zyklen beenden
if (bootCount >= TOTAL_CYCLES * 2) {
#if SERIAL_DEBUG
Serial.println("Alle Zyklen abgeschlossen. Gerät bleibt wach.");
Serial.flush();
#endif
while (true) { delay(1000); }
}
// Deep Sleep mit Timer-Wakeup
esp_sleep_enable_timer_wakeup(SLEEP_DURATION_S * 1000000ULL);