Zasilany bateryjnie ESP IoT: 10 kroków (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Ta instrukcja pokazuje, jak stworzyć bazę IoT z zasilaniem bateryjnym ESP na podstawie projektu z moich poprzednich instrukcji.

Krok 1: Projekt oszczędzania energii

Zużycie energii jest dużym problemem w przypadku urządzeń IoT zasilanych bateryjnie. Aby całkowicie wyeliminować długotrwałe zużycie energii (kilka mA) z niepotrzebnych komponentów podczas pracy, ten projekt oddziela wszystkie te części i przenosi się do stacji dokującej.

Dok rozwojowy

Składa się:

1. Układ USB na TTL
2. Obwód konwersji sygnału RTS/DTR na EN/FLASH
3. Moduł ładowarki Lipo

Stacja dokująca jest wymagana tylko podczas programowania i zawsze łączy się z komputerem, więc rozmiar i przenośność nie są dużym problemem. Chciałbym użyć bardziej wymyślnej metody, aby to zrobić.

Urządzenie IoT

Składa się:

1. Moduł ESP32
2. Bateria Lipo
3. Obwód 3v3 LDO
4. Wyłącznik zasilania (opcjonalnie)
5. Moduł LCD (opcjonalnie)
6. Obwód sterowania zasilaniem LCD (opcjonalnie)
7. przycisk budzenia z głębokiego snu (opcjonalnie)
8. inne czujniki (opcjonalnie)

Drugim problemem związanym z urządzeniem IoT zasilanym bateryjnie są niewielkie rozmiary, a czasem także przenośność, więc spróbuję użyć mniejszych komponentów (SMD). Jednocześnie dodam LCD, aby było bardziej fantazyjne. Wyświetlacz LCD może również zademonstrować, jak zmniejszyć zużycie energii podczas głębokiego snu.

Krok 2: Przygotowanie

Dok rozwojowy

• Moduł USB do TTL (przerwane piny RTS i DTR)
• Małe kawałki płyty akrylowej
• 6-pinowy męski nagłówek
• 7-stykowy okrągły męski nagłówek
• 2 tranzystory NPN (tym razem używam S8050)
• 2 rezystory (~12-20k powinno być ok)
• Moduł ładowarki Lipo
• Niektóre przewody płytki stykowej

Urządzenie IoT

• 7 pinów okrągły żeński nagłówek
• Moduł ESP32
• Regulator 3v3 LDO (tym razem używam HT7333A)
• Kondensatory SMD dla stabilności mocy (zależy to od szczytowego prądu urządzenia, tym razem używam 1 x 10 uF i 3 x 100 uF)
• Przycisk zasilania
• Wyświetlacz LCD z obsługą ESP32_TFT_Library (tym razem używam JLX320-00202)
• Tranzystor SMD PNP (tym razem używam S8550)
• Rezystory SMD (2 x 10 K Ohm)
• Bateria Lipo (tym razem używam 303040 500 mAh)
• Przycisk do wybudzenia wyzwalacza
• Niektóre taśmy miedziane
• Niektóre powlekane druty miedziane

Krok 3: Wybuch RTS i DTR

Większość modułów USB na TTL obsługujących Arduino ma pin DTR. Nie ma jednak zbyt wielu modułów wyłamanego pinu RTS.

Można to zrobić na 2 sposoby:

• Kup moduły USB na TTL z wyprowadzeniami RTS i DTR

• Jeśli spełniasz wszystkie poniższe kryteria, możesz sam wybić pin RTS, w większości chipów RTS to pin 2 (powinieneś dwukrotnie potwierdzić w arkuszu danych).

  1. masz już 6-pinowy moduł USB na TTL (dla Arduino)
  2. chip jest w SOP, ale nie w formacie QFN
  3. naprawdę ufasz swojej umiejętności lutowania (zdmuchnąłem 2 moduły przed sukcesem)

Krok 4: Montaż stacji dokującej

Budowanie wizualizowanego obwodu jest subiektywną sztuką, więcej szczegółów można znaleźć w moich poprzednich instrukcjach.

Oto podsumowanie połączenia:

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

-> Wtyk Vcc modułu Lipo TTL, styk 2 (GND) -> Wtyk 2 stacji dokującej (GND) -> Wtyk GND modułu Lipo Charger, styk 3 TTL (Rx) -> Wtyk 3 dokowania (Tx) Wtyk 4 TTL (Tx) -> Dock pin 4 (Rx) TTL pin 5 (RTS) -> Emiter tranzystora NPN 1 -> Rezystor 15 K Ohm -> Tranzystor NPN 2 Baza TTL pin 6 (DTR) -> Emiter tranzystora NPN 2 -> Rezystor 15 K Ohm -> Tranzystor NPN 1 Baza Tranzystor NPN 1 Kolektor -> Dock pin 5 (Program) Tranzystor NPN 2 Kolektor -> Dock pin 6 (RST) Moduł Lipo Ładowarka BAT pin -> Dock pin 7 (Bateria +ve)

Krok 5: Opcjonalnie: prototypowanie płyt chlebowych

Praca lutownicza w części urządzenia IoT jest trochę trudna, ale nie jest konieczna. Bazując na tym samym projekcie obwodu, możesz po prostu użyć płytki stykowej i trochę drutu, aby wykonać swój prototyp.

Załączone zdjęcie to mój test prototypu z testem Arduino Blink.

Krok 6: Montaż urządzenia IoT

Dla kompaktowych rozmiarów wybieram wiele komponentów SMD. Możesz po prostu przełączyć je na komponenty przyjazne dla płytek prototypowych, aby ułatwić prototypowanie.

Oto podsumowanie połączenia:

Dock pin 1 (Vcc) -> Włącznik -> Lipo + ve

-> Dock pin 2 (GND) regulatora 3v3 LDO -> Lipo -ve -> GND regulatora LDO 3v3 -> kondensator(i) -ve -> ESP32 GND Dock pin 3 (Tx) -> Dock ESP32 GPIO 1 (Tx) 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 Regulator 3v3 LDO Vout -> ESP32 Vcc -> Rezystor 10 K Ohm -> ESP32 ChipPU (EN) -> Emiter tranzystorów PNP ESP32 GPIO 14 -> Rezystor 10 K Ohm -> Tranzystor PNP Baza ESP32 GPIO 12 -> Przycisk 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 D/C PNP tranzystor Kolektor -> LCD Vcc -> LED

Krok 7: Zużycie energii

Jakie jest rzeczywiste zużycie energii przez to urządzenie IoT? Zmierzmy za pomocą mojego miernika mocy.

• Wszystkie komponenty włączone (CPU, WiFi, LCD), może zużywać około 140 - 180 mA
• Wyłączono WiFi, kontynuuj wyświetlanie zdjęcia na LCD, zużywa około 70 - 80 mA
• Wyłączony LCD, ESP32 przechodzi w głęboki sen, zużywa około 0,00 - 0,10 mA

Krok 8: Szczęśliwego rozwoju

Czas opracować własne urządzenie IoT zasilane bateryjnie!

Jeśli nie możesz czekać na kodowanie, możesz spróbować skompilować i sflashować moje poprzednie źródło projektu:

github.com/mononournation/ESP32_BiJin_ToK…

Lub jeśli chcesz posmakować funkcji wyłączania, wypróbuj moje następne źródło projektu:

github.com/mononournation/ESP32_Photo_Alb…

Krok 9: Co dalej?

Jak wspomniano w poprzednim kroku, moim następnym projektem jest album fotograficzny ESP32. Może pobierać nowe zdjęcia, jeśli jest podłączony do Wi-Fi i zapisywać je w pamięci flash, dzięki czemu zawsze mogę oglądać nowe zdjęcie w drodze.

Krok 10: Opcjonalnie: obudowa z nadrukiem 3D

Jeśli masz drukarkę 3D, możesz wydrukować obudowę swojego urządzenia IoT. Możesz też umieścić go w przezroczystym pudełeczku, tak jak mój poprzedni projekt.