ESP IoT napájaný z batérie: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Tento návod ukazuje, ako vytvoriť batériový ESP IoT na základe návrhu v mojich predchádzajúcich pokynoch.

Krok 1: Návrh úspory energie

Spotreba energie je pre zariadenie IoT napájané z batérie veľkým problémom. Aby sa úplne eliminovala dlhodobá spotreba energie (niekoľko mA) z nepotrebných komponentov počas prevádzky, tento dizajn odpojil všetky tieto časti a prešiel na vývojový dok.

Vývojový dok

Skladá sa z:

1. USB na TTL čip
2. Obvod na konverziu signálu RTS/DTR na EN/FLASH
3. Modul nabíjačky Lipo

Vývojový dok je potrebný iba pri vývoji a vždy pripojení k počítaču, takže veľkosť a prenos nie sú veľkým problémom. Na jeho výrobu by som chcel použiť efektnejšiu metódu.

Zariadenie IoT

Skladá sa z:

1. Modul ESP32
2. Lipo batéria
3. Obvod LDO 3v3
4. Vypínač (voliteľné)
5. LCD modul (voliteľný)
6. Obvod riadenia napájania LCD (voliteľné)
7. tlačidlo na prebudenie z hlbokého spánku (voliteľné)
8. ďalšie senzory (voliteľné)

Druhá starosť o zariadenie IoT napájané batériami je kompaktných rozmerov a niekedy sa týka aj prenosnosti, preto sa na výrobu pokúsim použiť menšie súčiastky (SMD). Súčasne pridám LCD, aby bol fantastickejší. Displej LCD môže tiež predviesť, ako znížiť spotrebu energie počas hlbokého spánku.

Krok 2: Príprava

Vývojový dok

• Modul USB na TTL (prerušené kolíky RTS a DTR)
• Malé kúsky akrylovej dosky
• 6 kolíkov mužská hlavička
• 7 kolíkov okrúhla hlavička
• 2 NPN tranzistory (tentokrát používam S8050)
• 2 odpory (~ 12-20k by malo byť v poriadku)
• Modul nabíjačky Lipo
• Niektoré drôtené dosky

Zariadenie IoT

• 7 kolíkov okrúhlej ženskej hlavičky
• Modul ESP32
• Regulátor LDO 3v3 (tentokrát používam HT7333A)
• SMD kondenzátory pre stabilitu napájania (závisí to od špičkového prúdu zariadenia, tentokrát používam 1 x 10 uF a 3 x 100 uF)
• Vypínač
• ESP32_TFT_Library podporovaný LCD (tentokrát používam JLX320-00202)
• SMD PNP tranzistor (tentokrát používam S8550)
• SMD odpory (2 x 10 K Ohm)
• Batéria Lipo (tentokrát používam 303040 500 mAh)
• Tlačidlo pre prebudenie budíka
• Niektoré medené pásky
• Niektoré potiahnuté medené drôty

Krok 3: Prepuknutie RTS a DTR

Väčšina modulov USB na TTL, ktoré podporujú Arduino, má pin DTR. Nie je však príliš veľa modulov prerušených pinom RTS.

Existujú 2 spôsoby, ako to urobiť:

• Kúpte si moduly USB na TTL s vypínacími kolíkmi RTS a DTR

• Ak spĺňate všetky nasledujúce kritériá, pin RTS môžete rozdeliť sami, vo väčšine čipov je RTS pin 2 (dvakrát by ste to mali potvrdiť v technickom liste).

  1. už máte 6 pinový modul USB na TTL (pre Arduino)
  2. čip je v SOP, ale nie vo formáte QFN
  3. skutočne veríte svojej vlastnej spájkovacej schopnosti (pred úspechom som odfúkol 2 moduly)

Krok 4: Vývoj dokovacej zostavy

Budovanie viditeľného obvodu je subjektívne umenie, podrobnejšie informácie nájdete v mojich predchádzajúcich pokynoch.

Tu je súhrn spojenia:

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

-> Lipo nabíjací 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 transistor 1 Emiter -> 15 K Ohm odpor -> NPN transistor 2 Base TTL pin 6 (DTR) -> NPN transistor 2 Emitter -> 15 K Ohm resistor -> NPN tranzistor 1 Základňa NPN tranzistor 1 Zberač -> Dock pin 5 (Program) NPN tranzistor 2 Kolektor -> Dock pin 6 (RST) Lipo Charger modul BAT pin -> Dock pin 7 (Battery +ve)

Krok 5: Voliteľné: Prototypovanie Breadboard

Spájkovacia práca v časti zariadenia IoT je trochu náročná, ale nie je to nevyhnutné. Na základe rovnakého dizajnu obvodu môžete na výrobu prototypu jednoducho použiť dosku a nejaký drôt.

Priložená fotka je môj prototypový test s testom Arduino Blink.

Krok 6: Zostava zariadenia IoT

Pre kompaktné rozmery som vybral mnoho komponentov SMD. Môžete ich jednoducho prepnúť na komponenty vhodné pre breadboard, aby ste mohli ľahko vytvárať prototypy.

Tu je súhrn spojenia:

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) -> tranzistorový vysielač PNP ESP32 GPIO 14 -> odpor 10 K Ohm -> tranzistorová základňa PNP ESP32 GPIO 12 -> tlačidlo prebudenia -> 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: Použitie energie

Aké je skutočné využitie energie tohto zariadenia IoT? Poďme zmerať pomocou môjho merača výkonu.

• Všetky komponenty (CPU, WiFi, LCD) môžu používať približne 140 - 180 mA
• Vypnutý WiFi, pokračujte v zobrazovaní fotografií na LCD, používa okolo 70 - 80 mA
• Vypnutý LCD, ESP32 prejde do hlbokého spánku, používa približne 0,00 - 0,10 mA

Krok 8: Šťastný vývoj

Je načase vyvinúť vlastné zariadenie IoT napájané batériami!

Ak sa nemôžete dočkať kódovania, môžete skúsiť skompilovať a flashovať môj predchádzajúci zdroj projektu:

github.com/moononournation/ESP32_BiJin_ToK…

Alebo ak chcete ochutnať funkciu vypnutia, vyskúšajte môj ďalší zdroj projektu:

github.com/moononournation/ESP32_Photo_Alb…

Krok 9: Čo bude ďalej?

Ako bolo uvedené v predchádzajúcom kroku, mojím ďalším projektom je fotoalbum ESP32. Ak je pripojené WiFi, dokáže sťahovať nové fotografie a ukladať na blesk, aby som si novú fotografiu mohol vždy pozrieť na cestách.

Krok 10: Voliteľné: 3D tlačené puzdro

Ak máte 3D tlačiareň, môžete si puzdro vytlačiť pre svoje zariadenie IoT. Alebo ho môžete vložiť do priehľadnej sladkej krabičky, rovnako ako môj predchádzajúci projekt.