Baterie napájené ESP IoT: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Tento návod ukazuje, jak vytvořit základnu IoT s napájením z baterie podle návrhu v mých předchozích pokynech.

Krok 1: Návrh úspory energie

Spotřeba energie je pro zařízení IoT napájené bateriemi velkým problémem. Aby bylo možné zcela eliminovat dlouhodobou spotřebu energie (několik mA) z nepotřebné součásti za běhu, tento design odpojí všechny tyto části a přesune se do vývojového doku.

Vývojový dok

Skládá se z:

1. USB na TTL čip
2. Obvod pro převod signálu RTS/DTR na EN/FLASH
3. Lipo nabíjecí modul

Vývojový dok je vyžadován pouze při vývoji a vždy se připojuje k počítači, takže velikost a přenosnost není velkým problémem. Chtěl bych k tomu použít efektnější metodu.

Zařízení IoT

Skládá se z:

1. Modul ESP32
2. Lipo baterie
3. Obvod LDO 3v3
4. Vypínač (volitelně)
5. LCD modul (volitelný)
6. Obvod řízení napájení LCD (volitelně)
7. tlačítko pro probuzení z hlubokého spánku (volitelně)
8. další senzory (volitelně)

Druhým problémem zařízení IoT napájeného z baterie je kompaktní velikost a někdy také přenosnost, takže se pokusím použít menší součásti (SMD). Současně přidám LCD, aby to bylo efektnější. LCD také může demonstrovat, jak snížit spotřebu energie při hlubokém spánku.

Krok 2: Příprava

Vývojový dok

• Modul USB na TTL (přerušené kolíky RTS a DTR)
• Malé kousky akrylové desky
• 6 pinů samčí hlavička
• 7 kolíků kulatá samčí hlavička
• 2 NPN tranzistory (tentokrát používám S8050)
• 2 odpory (~ 12-20k by mělo být v pořádku)
• Modul nabíječky Lipo
• Nějaké dráty na prkénko

Zařízení IoT

• 7 kolíků kulatá samičí hlavička
• Modul ESP32
• 3v3 LDO regulátor (tentokrát používám HT7333A)
• SMD kondenzátory pro stabilitu napájení (Záleží na špičkovém proudu zařízení, tentokrát používám 1 x 10 uF a 3 x 100 uF)
• Vypínač
• ESP32_TFT_Library podporovaný LCD (tentokrát používám JLX320-00202)
• SMD PNP tranzistor (tentokrát používám S8550)
• Rezistory SMD (2 x 10 K Ohm)
• Lipo baterie (tentokrát používám 303040 500 mAh)
• Tlačítko pro spuštění probuzení
• Nějaké měděné pásky
• Některé potažené měděné dráty

Krok 3: Vypuknutí RTS a DTR

Většina modulů USB na TTL, které podporují Arduino, má pin DTR. Není však příliš mnoho modulů s vylomeným pinem RTS.

Existují 2 způsoby, jak to udělat:

• Kupte si moduly USB na TTL s vypínacími piny RTS a DTR

• Pokud splňujete všechna následující kritéria, můžete vypíchnout pin RTS sami, ve většině čipů je RTS pin 2 (měli byste dvakrát potvrdit datovým listem).

  1. již máte 6kolíkový modul USB na TTL (pro Arduino)
  2. čip je v SOP, ale ne ve formátu QFN
  3. opravdu věříte své vlastní schopnosti pájení (před úspěchem jsem odfoukl 2 moduly)

Krok 4: Vývoj dokovací stanice

Budování viditelného okruhu je subjektivní umění, více podrobností najdete v mých předchozích instruktážích.

Zde je shrnutí připojení:

TTL pin 1 (5V) -> Dock pin 1 (Vcc)

-> Lipo nabíjecí modul Vcc pin TTL pin 2 (GND) -> Dock pin 2 (GND) -> Lipo Charger modul GND pin TTL pin 3 (Rx) -> Dock pin 3 (Tx) TTL pin 4 (Tx) -> Dock pin 4 (Rx) TTL pin 5 (RTS) -> NPN tranzistor 1 Emitter -> 15 K Ohm odpor -> NPN transistor 2 Base TTL pin 6 (DTR) -> NPN transistor 2 Emitter -> 15 K Ohm resistor -> NPN tranzistor 1 Základna NPN tranzistor 1 Kolektor -> Dock pin 5 (Program) NPN tranzistor 2 Kolektor -> Dock pin 6 (RST) Lipo Charger modul BAT pin -> Dock pin 7 (Battery +ve)

Krok 5: Volitelné: Prototypování Breadboardu

Pájecí práce v části zařízení IoT je trochu obtížná, ale není nezbytná. Na základě stejného designu obvodu můžete jednoduše použít prkénko a nějaký drát k vytvoření prototypu.

Přiložená fotografie je můj prototypový test s testem Arduino Blink.

Krok 6: Sestava zařízení IoT

Pro kompaktní velikost jsem vybral mnoho komponent SMD. Jednoduše je můžete přepnout na komponenty vhodné pro prkénko pro snadné prototypování.

Zde je shrnutí připojení:

Dokovací kolík 1 (Vcc) -> Vypínač -> Lipo +ve

-> 3v3 LDO regulátor Vin Dock pin 2 (GND) -> Lipo -ve -> 3v3 LDO regulátor GND -> kondenzátor (y) -ve -> ESP32 GND Dock pin 3 (Tx) -> ESP32 GPIO 1 (Tx) Dock pin 4 (Rx) -> ESP32 GPIO 3 (Rx) Dock pin 5 (Program) -> ESP32 GPIO 0 Dock pin 6 (RST) -> ESP32 ChipPU (EN) Dock pin 7 (Battery +ve) -> Lipo +ve 3v3 LDO regulátor Vout -> ESP32 Vcc -> odpor 10 K Ohm -> ESP32 ChipPU (EN) -> PNP tranzistorový vysílač ESP32 GPIO 14 -> odpor 10 K Ohm -> PNP tranzistor Base ESP32 GPIO 12 -> Tlačítko probuzení -> GND ESP32 GPIO 23 -> LCD MOSI ESP32 GPIO 19 -> LCD MISO ESP32 GPIO 18 -> LCD CLK ESP32 GPIO 5 -> LCD CS ESP32 GPIO 17 -> LCD RST ESP32 GPIO 16 -> LCD D/C PNP tranzistorový kolektor -> LCD Vcc -> LED

Krok 7: Využití energie

Jaké je skutečné využití energie tohoto zařízení IoT? Pojďme měřit pomocí mého měřiče výkonu.

• Všechny komponenty na (CPU, WiFi, LCD), to může využívat kolem 140 - 180 mA
• Vypnuto WiFi, pokračovat v zobrazení fotografie na LCD, používá kolem 70 - 80 mA
• Vypnutý LCD, ESP32 přechází do hlubokého spánku, využívá kolem 0,00 - 0,10 mA

Krok 8: Šťastný vývoj

Je čas vyvinout vlastní zařízení IoT napájené baterií!

Pokud se nemůžete dočkat kódování, můžete zkusit zkompilovat a flashovat můj předchozí zdroj projektu:

github.com/moononournation/ESP32_BiJin_ToK…

Nebo pokud chcete ochutnat funkci vypnutí, zkuste můj další zdroj projektu:

github.com/moononournation/ESP32_Photo_Alb…

Krok 9: Co bude dál?

Jak již bylo zmíněno v předchozím kroku, mým dalším projektem je fotoalbum ESP32. Pokud je připojeno WiFi, dokáže stahovat nové fotografie a ukládat na blesk, takže si novou fotografii mohu kdykoli zobrazit na silnici.

Krok 10: Volitelné: 3D tištěné pouzdro

Pokud máte 3D tiskárnu, můžete si případ vytisknout pro své zařízení IoT. Nebo jej můžete vložit do průhledné sladké krabičky, stejně jako můj předchozí projekt.