Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Питаем ESP32 или ESP8266 от солнечной панели
Из этого руководства вы узнаете пошагово, как питать плату ESP32 с помощью солнечной батареи с использованием литиевого аккумулятора 18650 и модуля зарядного устройства TP4056. Схема, которую мы создадим, также совместима с ESP8266 или любым микроконтроллером, который питается от 3,3 В.
Следующая схема подключения показывает, как работает схема для питания ESP32 от солнечных батарей.
Мощность солнечных панелей составляет от 5 до 6 В под прямыми солнечными лучами. Солнечные батареи заряжают литиевую батарею через модуль зарядного устройства TP4056. Этот модуль отвечает за зарядку аккумулятора и предотвращает перезарядку. Литиевая батарея выдает 4,2 В при полной зарядке. Вам необходимо использовать схему стабилизатора с низким падением напряжения (MCP1700-3302E), чтобы получить 3,3 В от выхода батареи. Выход регулятора напряжения будет питать ESP32 через контакт 3.3В.
Солнечные панели, которые мы используем, имеют выходное напряжение от 5 до 6 В. Если вы хотите, чтобы ваша батарея заряжалась быстрее, вы можете использовать несколько солнечных панелей параллельно. В этом примере мы используем две мини солнечные панели, как показано на следующем рисунке.
Для параллельного подключения солнечных панелей припаяйте клемму (+) одной солнечной панели к клемме (+) другой солнечной панели. Сделайте то же самое для клемм (-). Это может выглядеть следующим образом.
При параллельном подключении солнечных панелей вы получите одинаковое выходное напряжение и удвоите ток (для идентичных солнечных панелей). Как вы можете видеть на следующем рисунке, солнечные панели выдают примерно 6 В.
Модуль зарядного устройства для литиевых батарей TP4056 поставляется с защитой цепи и предотвращает перенапряжение батареи и подключение с обратной полярностью.
Модуль TP4056 загорается красным светодиодом, когда он заряжает аккумулятор, и загорается синим светодиодом, когда аккумулятор полностью заряжен. Подключите солнечные панели к модулю зарядного устройства литиевой батареи TP4056, как показано на принципиальной схеме ниже. Подключите положительные клеммы к контакту, помеченному IN+, а отрицательные клеммы к контакту, помеченному IN-.
Затем подключите положительную клемму держателя батареи к контакту B+, а отрицательную клемму держателя батареи к контакту B-.
OUT+ и OUT- являются выходами батареи. Эти литиевые аккумуляторные батареи выдают до 4,2 В при полной зарядке (хотя на этикетке указано 3,7 В).
Для питания ESP32 через его контакт 3,3 В, нам нужна схема стабилизатора напряжения, чтобы получить 3,3 В от выхода батареи. Использование обычного линейного регулятора напряжения для сброса напряжения с 4,2 В до 3,3 В не очень хорошая идея, потому что при разряде батареи, например, до 3,7 В, ваш регулятор напряжения перестанет работать, потому что у него высокое напряжение отсечки. Для эффективного снижения напряжения, вам нужно использовать регулятор с малым падением напряжения или LDO для краткости, который может регулировать выходное напряжение.
MCP1700-3302E является одним из лучших для того, что мы хотим сделать. Существует также хорошая альтернатива в виде HT7333-A.
Любой LDO-стабилизатор, который имеет характеристики, аналогичные этим двум, также является хорошей альтернативой. Ваш LDO должен иметь аналогичные характеристики, когда дело доходит до выходного напряжения, тока покоя, выходного тока и низкого напряжения отключения. Взгляните на документацию далее.
Вот распиновка MCP1700-3302E: выводы GND, VIN и VOUT.
LDO должны иметь керамический конденсатор и электролитический конденсатор, подключенные параллельно к GND и Vout для сглаживания пиков напряжения. Здесь мы используем электролитический конденсатор емкостью 100 мкФ и керамический конденсатор емкостью 100 нФ. Следуйте следующей схеме, чтобы добавить схему регулятора напряжения к предыдущей схеме. Важно: электролитические конденсаторы имеют полярность! Провод с белой / серой полосой должен быть подключен к GND.
Вывод Vout регулятора напряжения должен выдавать 3,3 В. Это контакт, который будет питать ESP32 или ESP8266.
Наконец, убедившись, что вы получаете правильное напряжение на выводе Vout регулятора напряжения, вы можете подключить ESP32. Подключите контакт Vout к 3,3 В контакту ESP32 и GND к GND.
Если у вас ESP32 работает от аккумулятора или от солнечной батареи, как в этом случае, может быть очень полезно контролировать уровень заряда батареи. Одним из способов сделать это является считывание выходного напряжения батареи с использованием аналогового контакта ESP32. Тем не менее, батарея, которую мы здесь используем, выдает максимум 4,2 В при полной зарядке, но линии GPIO ESP32 работают при 3,3 В. Итак, нам нужно добавить делитель напряжения, чтобы мы могли считать напряжение от батареи.
Формула делителя напряжения выглядит следующим образом: Vout = (Vin*R2)/(R1+R2). Итак, если мы используем R1 = 27 кОм, а R2 = 100 кОм, мы получим 3,3 В. Таким образом, когда батарея полностью заряжена, на выходе Vout будет 3,3 В, что мы можем прочитать с помощью линий GPIO ESP32. Добавьте два резистора в вашу схему, как показано на следующей принципиальной схеме.
В этом случае мы отслеживаем уровень заряда батареи через GPIO33, но вы можете использовать любой другой подходящий GPIO. Наконец, чтобы получить уровень заряда батареи, вы можете просто прочитать напряжение на GPIO33, используя функцию analogRead() в своем коде (если вы используете Arduino IDE).
Источник
Метеостанция на солнечной батареи с передачей данных по WiFi
Эта метеостанция вторая версия устройства. Первая модель метеостанции была популярна и изготовлена многими людьми в разных странах мира. По эксплуатации первой модели возникло много предложений и пожеланий, которые мастер и попытался реализовать во второй версии устройства.
Особенностями этого устройства являются:
-Мониторинг параметров погоды (температура, влажность, давление и т.д.)
-Передача данных по каналу WiFi
-Удаленный мониторинг состояния батареи
-Дополнительные порты для установки дополнительных датчиков
-Литий-ионный аккумулятор 3400 мАч
-Солнечная панель 1 Вт
-Независимость от внешнего источника питания
-Возможность установки в удаленных местах или в сложных географических условиях
Шаг первый: питание
Сначала автор рассказывает о электронных устройствах, которые он собирается использовать.
Метеостанцию мастер будет устанавливать на ферме и главной проблемой была какой использовать источник питания. Ионно-литиевый аккумулятор 3400 мАч отлично справится с работой, но его нужно заряжать. Для зарядки мастер решил использовать солнечную панель с модулем зарядки TP4056.
Такие модули бывают с защитой и без. Мастер советует устанавливать с защитой. Защита не даст аккумулятору перезарядится или разрядится ниже критических 2,4 В.
3,3 В, а напряжение полностью заряженной батареи 18650 составляет 4,2 В. Таким образом, нужно понизить напряжение. Для этой цели мастер устанавливает резистор 220 кОм. На печатной плате он обозначен R1 и расположен чуть выше держателя батареи.
Шаг шестой: спящий режим
Для экономии заряда батареи и корректности показаний метеостанция работает в режиме сон/бодрствование. Энергопотребление в разных режимах приведено в таблице ниже.
Режим работы —— Спящий режим
1. ESP8266 170 мА ——— 10 мкА
2. CH340 12 мА ——— 50 мкА
3. Встроенный светодиод 3 мА ———— 0 мкА
4. Монитор напряжения 0,006 мА —— 6 мкА
Всего 185 мА —- 66 мА
Если цикл будет 10 минут сна\30 сек бодрствования, то энергопотребление выглядит следующим образом:
-Время пробуждения 185 мА в течение 0,5 минут = 92,5 мА-минут
-Время сна 0,066 мА в течение 9,5 минут = 0,627 мА-минут
-Всего за 10 минут = 93,13 мА-минут
Таким образом, среднее потребление тока составляет 9,3 мА.
Шаг седьмой: солнечная панель
Из предыдущего шага делается вывод, что среднее потребление тока составляет 9,3 мА. Необходимый ток для работы устройства в течение всего дня = 9,3 мА х 24 часа = 223,2 мАч
Количество солнечного излучения зависит от того, в какой части земного шара вы находитесь. Чтобы узнать количество солнечной излучения можно использовать Глобальный солнечный атлас . Принимая во внимание минимум 1 час полного солнечного света, автор выбирает солнечную панель.
Итак, цель — получить 223,2 мАч за 1 час. Для зарядки литий-ионной батареи 3,7 В достаточно солнечной панели с напряжением от 5 до 6 В. Требуемая номинальная мощность солнечной панели = 223,2 мА при напряжении от 5 до 6 вольт. Номинальная мощность солнечной панели = 223,2 мА х 5 В = 1,1 Вт. Значит нужна солнечная панель 1 Вт / 5 В — 6 В.
Шаг двенадцатый: программное обеспечение
Чтобы использовать устройство с библиотекой Arduino, необходимо установить IDE Arduino с поддержкой плат ESP8266, согласно этому руководству .
Настройки должны быть следующие:
PU Frequency: 80MHz 160MHz
Flash Size: 4M (3M SPIFFS) – 3M File system size 4M (1M SPIFFS) – 1M File system size
Upload Speed: 921600 bps
Перед загрузкой кода необходимо установить следующие библиотеки:
ESP8266 , BMP280 , Blynk
Перед использованием функции глубокого сна контакт Wemos D0 должен быть подключен к контакту RST. Это можно сделать, замкнув перемычку JP2.
Solar-WiFi-Weather-Station-V2.0.rar
Шаг тринадцатый: приложение Blynk
Загрузить приложение на Android или на iPhone
Авторизоваться. Нажать на значок QR и сканировать QR-код приведенный ниже. Придет код авторизации.
Затем нужно загрузить Arduino согласно этой инструкции.
Источник