ESP IoT alimentato a batteria: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Queste istruzioni mostrano come creare una base IoT ESP alimentato a batteria sul design nelle mie istruzioni precedenti.

Passaggio 1: design a risparmio energetico

Il consumo di energia è una grande preoccupazione per un dispositivo IoT alimentato a batteria. Al fine di eliminare completamente il consumo energetico a lungo termine (pochi mA) dal componente non necessario durante il funzionamento, questo design disaccoppia tutte quelle parti e passa a un dock di sviluppo.

Dock di sviluppo

Consiste:

1. Da USB a chip TTL
2. Circuito di conversione del segnale da RTS/DTR a EN/FLASH
3. Modulo caricabatterie Lipo

Il dock di sviluppo è necessario solo durante lo sviluppo e si connette sempre al computer, quindi le dimensioni e la portabilità non sono un grosso problema. Vorrei usare un metodo più elaborato per realizzarlo.

Dispositivo IoT

Consiste:

1. Modulo ESP32
2. Batteria Lipo
3. Circuito LDO 3v3
4. Interruttore di alimentazione (opzionale)
5. Modulo LCD (opzionale)
6. Circuito di controllo dell'alimentazione LCD (opzionale)
7. pulsante per svegliarsi dal sonno profondo (opzionale)
8. altri sensori (opzionali)

La seconda preoccupazione per un dispositivo IoT alimentato a batteria è di dimensioni compatte e talvolta riguarda anche la portabilità, quindi cercherò di utilizzare componenti più piccoli (SMD) per realizzare. Allo stesso tempo, aggiungerò un LCD per renderlo più elegante. Il display LCD può anche dimostrare come ridurre il consumo energetico durante il sonno profondo.

Passaggio 2: preparazione

Dock di sviluppo

• Modulo da USB a TTL (pin RTS e DTR rotti)
• Piccoli pezzi di tavola acrilica
• Intestazione maschio a 6 pin
• Header maschio rotondo a 7 pin
• 2 transistor NPN (sto usando S8050 questa volta)
• 2 resistori (~12-20k dovrebbe essere ok)
• Modulo caricabatterie Lipo
• Alcuni fili della breadboard

Dispositivo IoT

• Intestazione femmina rotonda a 7 pin
• Modulo ESP32
• Regolatore 3v3 LDO (sto usando HT7333A questa volta)
• Condensatori SMD per la stabilità della potenza (dipende dalla corrente di picco del dispositivo, questa volta sto usando 1 x 10 uF e 3 x 100 uF)
• Interruttore di alimentazione
• LCD supportato da ESP32_TFT_Library (questa volta sto usando JLX320-00202)
• Transistor SMD PNP (sto usando S8550 questa volta)
• Resistori SMD (2 x 10 K Ohm)
• Batteria Lipo (sto usando 303040 500 mAh questa volta)
• Pulsante per l'attivazione del trigger
• Alcuni nastri di rame
• Alcuni fili di rame rivestiti

Passaggio 3: rottura di RTS e DTR

La maggior parte dei moduli da USB a TTL che supportano Arduino ha un pin DTR. Tuttavia, non ci sono troppi moduli con il pin RTS rotto.

Ci sono 2 modi per farlo:

• Acquista un modulo da USB a TTL con pin di breakout RTS e DTR

• Se soddisfi tutti i seguenti criteri, puoi estrarre tu stesso il pin RTS, nella maggior parte dei chip, RTS è il pin 2 (dovresti confermare due volte con il tuo foglio dati).

  1. hai già un modulo da USB a TTL a 6 pin (per Arduino)
  2. il chip è in SOP ma non in fattore di forma QFN
  3. ti fidi davvero delle tue capacità di saldatura (ho spazzato via 2 moduli prima del successo)

Passaggio 4: assemblaggio del dock di sviluppo

Costruire un circuito visualizzabile è un'arte soggettiva, potresti trovare maggiori dettagli nei miei precedenti tutorial.

Ecco il riepilogo del collegamento:

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

-> Modulo caricabatterie Lipo Pin Vcc pin TTL 2 (GND) -> Dock pin 2 (GND) -> Modulo caricabatterie Lipo GND pin TTL pin 3 (Rx) -> Dock pin 3 (Tx) TTL pin 4 (Tx) -> Dock pin 4 (Rx) TTL pin 5 (RTS) -> Transistor NPN 1 Emettitore -> Resistenza da 15 K Ohm -> Transistor NPN 2 Base TTL pin 6 (DTR) -> Transistor NPN 2 Emettitore -> Resistenza da 15 K Ohm -> Transistor NPN 1 Base Transistor NPN 1 Collettore -> Dock pin 5 (Programma) Transistor NPN 2 Collettore -> Dock pin 6 (RST) Modulo caricabatterie Lipo Pin BAT -> Dock pin 7 (Batteria +ve)

Passaggio 5: Opzionale: prototipazione breadboard

Il lavoro di saldatura nella parte del dispositivo IoT è un po' difficile, ma non è essenziale. Basandosi sullo stesso design del circuito, puoi semplicemente usare una breadboard e del filo per fare il tuo prototipo.

La foto allegata è il mio prototipo di test con Arduino Blink test.

Passaggio 6: assemblaggio del dispositivo IoT

Per le dimensioni compatte, scelgo molti componenti SMD. Puoi semplicemente passare a componenti compatibili con la breadboard per una facile prototipazione.

Ecco il riepilogo del collegamento:

Dock pin 1 (Vcc) -> Interruttore di alimentazione -> Lipo +ve

-> 3v3 LDO Regulator Vin Dock pin 2 (GND) -> Lipo -ve -> 3v3 LDO Regulator GND -> condensatore/i -ve -> ESP32 GND Dock pin 3 (Tx) -> ESP32 GPIO 1 (Tx) Dock pin 4 (Rx) -> ESP32 GPIO 3 (Rx) Dock pin 5 (Programma) -> ESP32 GPIO 0 Dock pin 6 (RST) -> ESP32 ChipPU (EN) Dock pin 7 (Batteria +ve) -> Lipo +ve Regolatore LDO 3v3 Vout -> ESP32 Vcc -> Resistenza 10 K Ohm -> ESP32 ChipPU (EN) -> Emettitore transistor PNP GPIO ESP32 14 -> Resistenza 10 K Ohm -> Base transistor PNP GPIO ESP32 12 -> Pulsante Wake -> 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 Collettore transistor PNP D/C -> LCD Vcc -> LED

Passaggio 7: consumo di energia

Qual è l'effettivo consumo energetico di questo dispositivo IoT? Misuriamo con il mio misuratore di potenza.

• Tutti i componenti accesi (CPU, WiFi, LCD), possono utilizzare circa 140 - 180 mA
• WiFi spento, continua a visualizzare la foto sul display LCD, utilizza circa 70 - 80 mA
• LCD spento, ESP32 va in modalità di sospensione profonda, utilizza circa 0,00 - 0,10 mA

Passaggio 8: felice sviluppo

È tempo di sviluppare il tuo dispositivo IoT alimentato a batteria!

Se non puoi aspettare la codifica, puoi provare a compilare e flashare il mio precedente sorgente del progetto:

github.com/moononournation/ESP32_BiJin_ToK…

O se vuoi provare la funzione di spegnimento, prova la mia prossima fonte di progetto:

github.com/moononournation/ESP32_Photo_Alb…

Passaggio 9: cosa c'è dopo?

Come accennato al passaggio precedente, il mio prossimo progetto è un album fotografico ESP32. Può scaricare nuove foto se connesso al WiFi e salvarle sulla flash, così da poter sempre visualizzare la nuova foto in viaggio.

Passaggio 10: opzionale: custodia stampata in 3D

Se disponi di una stampante 3D, puoi stampare la custodia per il tuo dispositivo IoT. Oppure puoi metterlo in una scatola di dolci trasparente proprio come il mio progetto precedente.